Nginx 运维开发高频面试题详解

一、基础核心问题

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_51146329/article/details/142963853

1、什么是Nginx？

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器，它以轻量级和高并发处理能力而闻名。

Nginx 的反向代理功能允许它作为前端服务器，接收客户端的请求并将它们转发到后端服务器，这样可以隐藏后端服务器的细节，提高安全性

Nginx 也能够作为负载均衡器，将流量分配到多个后端服务器，这样可以提高网站的可用性和扩展性。

Nginx 还支持静态文件服务，由于其高效的文件处理能力，它经常被用来作为静态资源的服务器，如图片、CSS 和 JavaScript 文件等

2. Nginx的特点和优势是什么？

Nginx 是一个高性能的 HTTP 和反向代理服务器，具有以下特点和优势：

高并发处理：Nginx 使用异步非阻塞 I/O 模型（如 epoll 在 Linux 系统中），这使得它可以高效地处理大量并发连接。每个 Worker 进程可以处理数千个并发连接而不消耗过多资源
低内存消耗：由于其轻量级的设计，Nginx 占用的系统资源相对较少，即使在处理数万并发连接时也能保持较低的内存占用 ty-reference。
反向代理与负载均衡：Nginx 提供了强大的反向代理功能，并且支持多种负载均衡算法，比如轮询、加权轮询、IP Hash 等，能够有效地分散流量并提高服务可用性
热部署：Nginx 支持平滑重启（nginx -s reload），可以在不中断现有服务的情况下加载新的配置文件或升级到新版本
模块化设计：Nginx 的核心功能是通过一系列独立的模块实现的，这些模块可以根据需要进行编译加载，从而提供了高度的灵活性

3. Nginx的Master-Worker进程模型是如何工作的？

Nginx 采用了一种称为 Master-Worker 的架构来管理请求处理流程：

Master 进程：作为主控进程，它负责读取和验证配置文件、绑定端口以及启动和监控 Worker 进程。此外，Master 还能响应来自管理员的操作指令，例如重新加载配置或者优雅地关闭服务
Worker 进程：由 Master 创建的多个 Worker 进程实际负责处理客户端请求。每个 Worker 都是一个单线程进程，利用事件驱动机制处理网络I/O操作。通常情况下，Worker 的数量设置为 CPU 核心数以最大化硬件利用率

4、Nginx怎么处理请求的？

1、接收请求：当客户端发送一个 HTTP 请求到 Nginx 时，Nginx 的工作进程或线程会接收这个请求。
2、匹配 Server 和 Location：Nginx 会根据请求的域名和 URI 匹配相应的 server 块和 location 块。这是通过 listen 和 server_name 指令匹配 server 模块，再匹配 server 模块里的 location 实现的。
3、处理请求：一旦匹配到相应的 location 块，Nginx 就会根据该块中的配置处理请求。这可能涉及到静态文件服务、代理请求到后端服务器、重定向、返回错误页面等操作。
4、响应客户端：处理完请求后，Nginx 会生成一个响应并发送回客户端。

5. 正向代理 vs 反向代理的区别？Nginx属于哪种？

正向代理：代理服务器位于客户端与目标服务器之间。客户端通过代理服务器向目标服务器发送请求。目标服务器只能看到代理服务器的 IP 地址，而看不到客户端的真实 IP 地址。正向代理通常用于客户端访问互联网时，通过代理服务器来访问外部资源，这可以提高安全性和隐私保护。
反向代理：反向代理位于客户端和目标服务器之间，但与正向代理不同，客户端通常不知道反向代理的存在。反向代理隐藏了后端的真实服务器，对外表现为单一入口点。客户端无需知道后端的具体结构，所有请求都直接发送给反向代理服务器。后端服务器处理请求并将响应返回给反向代理服务器，反向代理服务器再将响应返回给客户端。

Nginx 主要用于反向代理场景，但也可以通过特定配置实现正向代理功能

6、使用“反向代理服务器”的优点是什么？

隐藏服务器：反向代理服务器可以隐藏后端服务器的存在和特征，这有助于提高安全性，因为外部用户无法直接访问后端服务器。

负载均衡：反向代理可以作为负载均衡器，将流量分配到多个后端服务器，这样可以提高网站的可用性和扩展性。

缓存静态内容：反向代理服务器可以缓存静态内容，如图片、CSS 和 JavaScript 文件等，这样可以减少后端服务器的负载并提高响应速度。

SSL 终端：反向代理服务器可以处理 SSL/TLS 加密，这样可以减轻后端服务器的加密负担。

7、Nginx的优缺点？

优点：
高性能和高并发：Nginx 能够处理大量的并发连接，而内存消耗相对较小，这使得它在高流量场景下表现出色。

静态文件处理：Nginx 在处理静态文件方面非常高效，它能够快速地提供图片、CSS、JavaScript 等静态资源。

负载均衡：Nginx 可以作为负载均衡器，将流量分配到多个后端服务器，这样可以提高网站的可用性和扩展性。

动态处理能力：Nginx 在处理动态内容方面相对较弱，它更适合作为静态资源的服务器和反向代理。对于需要复杂动态处理的应用，可能需要与其他应用服务器（如 PHP、Node.js）配合使用。

8、Nginx应用场景？

HTTP 服务器：Nginx 可以作为 HTTP 服务器独立提供 HTTP 服务，适用于静态网站托管。

反向代理和负载均衡：Nginx 可以作为反向代理服务器，将请求转发到后端服务器，并支持负载均衡，这对于高流量网站和应用来说非常重要。

API 网关：Nginx 可以配置为 API 网关，对每个接口服务进行拦截和路由，提供额外的安全层和流量控制。

邮件代理：Nginx 还可以作为邮件代理服务器，处理邮件传输。

9、Nginx配置文件nginx.conf有哪些属性模块?

events：定义了事件处理的配置，如工作连接数 worker_connections。
http：定义了 HTTP 服务器的配置，包括文件类型、默认类型、连接超时等。
server：定义了虚拟主机的配置，可以包含多个 server 块，每个块定义了一个虚拟主机的设置。
location：定义了请求的匹配和处理规则，可以根据 URI、正则表达式等匹配请求，并指定处理方式。
upstream：定义了负载均衡的配置，可以指定多个后端服务器，并设置负载均衡策略。

10、如何用Nginx解决前端跨域问题？

Nginx 可以通过配置 CORS（跨源资源共享）头部来解决前端跨域问题。以下是配置 CORS 的步骤：
在 server 或 location 块中，使用 add_header 指令添加 Access-Control-Allow-Origin 头部，指定允许访问的源。
如果需要，还可以添加 Access-Control-Allow-Methods 头部，指定允许的 HTTP 方法。
对于需要凭证的请求，可以添加 Access-Control-Allow-Credentials 头部。

11、Nginx虚拟主机怎么配置?

在 Nginx 中配置虚拟主机主要涉及 server 块的设置。以下是配置虚拟主机的步骤：

定义 server 块：每个 server 块定义了一个虚拟主机的配置。
设置监听端口：使用 listen 指令设置服务器监听的端口，通常是 80（HTTP）和 443（HTTPS）。
设置服务器名称：使用 server_name 指令设置虚拟主机的域名。
定义 location 块：在 server 块内部定义 location 块，设置请求的处理规则。
设置根目录：使用 root 指令设置网站内容的根目录。
设置默认首页：使用 index 指令设置默认首页文件。

12、location的作用是什么？

location 指令在 Nginx 配置中扮演着核心角色，它定义了如何处理进入 Nginx 的 HTTP 请求。location 块可以匹配不同的 URI、正则表达式或指定的字符串，从而允许对特定的请求路径应用不同的处理规则。

精确匹配：使用 = 符号进行精确匹配，例如 location = / 匹配根路径。
字符串开头匹配：使用 ^~ 符号匹配以特定字符串开头的 URI。
正则表达式匹配：使用 ~ 或 ~* 符号进行正则表达式匹配，其中 ~ 是区分大小写的，而 ~* 是不区分大小写的。
通用匹配：使用 / 符号进行通用匹配，作为最后的选择，如果其他匹配都未成功，请求将被这个 location 块处理。

13. 如何配置Nginx实现负载均衡？常见的算法有哪些？

Nginx 支持多种负载均衡策略，包括但不限于：

轮询（Round Robin）：默认方式，依次分配请求到各后端服务器 ty-reference。
加权轮询（Weighted Round Robin）：根据权重分配请求，权重越大分配比例越高 ty-reference。
IP Hash：基于客户端 IP 地址的哈希值分配请求，保证同一客户端总是被定向到同一台后端服务器 ty-reference。
最小连接数（Least Connections）：将请求分发给当前连接数最少的服务器 ty-reference。

二、配置与调优

14. location匹配规则优先级（=、^_、、~*、无符号）

Nginx 的 location 匹配遵循特定顺序：

=：精确匹配，只有完全匹配路径才会生效。
^~：前缀匹配，一旦匹配成功则不再尝试正则表达式匹配。
~ 或 ~*：区分大小写的正则匹配和不区分大小写的正则匹配。
普通前缀匹配：最长前缀匹配原则

15. 如何实现URL重写（rewrite）？举例说明

Nginx 的 rewrite 指令允许你修改请求 URI，常用于 URL 重定向或内部转发：

server {
    rewrite ^/old-page/(.*)$ /new-page/$1 permanent; # 301永久重定向
    rewrite ^/user/(\d+)$ /user/profile?id=$1 last;   # 内部转发
}

16. 如何限制Nginx的并发连接数？

http {
    # 定义限制区域：以客户端IP为键，分配10MB内存存储状态
    limit_conn_zone $binary_remote_addr zone=addr:10m;

    server {
        location / {
            # 每个IP同时最多允许100个连接
            limit_conn addr 100;
            # 超出限制返回503错误
            limit_conn_status 503;
        }
    }
}

17. 如何配置HTTPS？SSL证书如何加载？

server {
    listen 443 ssl;
    server_name example.com;

    # SSL证书路径（PEM格式）
    ssl_certificate      /etc/nginx/ssl/example.com.crt;
    ssl_certificate_key  /etc/nginx/ssl/example.com.key;

    # 优化SSL配置
    ssl_protocols TLSv1.2 TLSv1.3;
    ssl_ciphers ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256;
    ssl_prefer_server_ciphers on;
    ssl_session_cache shared:SSL:10m;
    ssl_session_timeout 10m;
}

18、Nginx配置高可用性怎么配置？

配置 Nginx 以实现高可用性主要涉及确保 Nginx 能够处理后端服务器的故障，并在必要时将流量重定向到健康的服务器。以下是一些关键的配置步骤：

定义多个后端服务器：在 upstream 块中定义多个服务器，以便在一个服务器失败时有备用服务器可用。
设置超时参数：配置 proxy_connect_timeout、proxy_send_timeout 和 proxy_read_timeout 指令，以便在后端服务器无响应时及时失败转移。
使用 max_fails 和 fail_timeout：配置 max_fails 指令来设置在多长时间内允许多少次失败，以及 fail_timeout 指令来设置服务器失败后应该被排除在外的时间。

三、故障排查与性能优化

19. Nginx的access_log和error_log的作用是什么？如何分析日志？

access_log：

记录客户端请求信息，如 IP、时间、请求方法、状态码、响应大小。

示例日志格式：

192.168.1.1 - - [10/Oct/2023:14:30:01 +0800] "GET /index.html HTTP/1.1" 200 612 "-" "Mozilla/5.0"

常用分析命令：

error_log：

记录 Nginx 运行时的错误信息（如配置错误、后端超时、权限问题）。

日志级别：debug | info | notice | warn | error | crit（默认 error）。

# 实时查看访问日志
tail -f /var/log/nginx/access.log

# 统计状态码为502的请求
grep ' 502 ' /var/log/nginx/access.log | awk '{print $1, $7}'

# 查找错误日志中的超时错误
grep 'upstream timed out' /var/log/nginx/error.log

20. 502 Bad Gateway错误可能的原因？如何排查？

可能原因：

后端服务未启动或崩溃。

反向代理配置错误（如后端地址错误、端口未监听）。

后端服务处理超时（Nginx 的 proxy_read_timeout 设置过短）。

防火墙或网络问题导致 Nginx 无法连接后端。

排查步骤：

检查Nginx error_log：grep "502" /var/log/nginx/error.log。

验证后端服务状态：curl -v http://backend-server:port。

检查网络连通性：telnet backend-server port 或 nc -zv backend-server port。

四、底层原理（加分项）

21. Nginx为什么比Apache更适合高并发场景？

架构模型：

Apache：多进程/多线程模型（如 prefork、worker），每个连接占用一个线程，资源消耗高。

Nginx：事件驱动 + 异步非阻塞模型，单个 Worker 处理数千连接，资源占用低。

内存消耗：

Apache：每个连接约消耗 2MB~8MB 内存。

Nginx：每个连接约消耗 2.5KB 内存。

22. 什么是惊群问题（Thundering Herd）？Nginx如何解决？

问题描述：多个进程/线程同时监听同一端口，当新连接到达时，所有进程被唤醒竞争资源，导致 CPU 资源浪费。

Nginx 解决方案：

使用 accept_mutex 锁（默认开启）：同一时间只有一个 Worker 进程监听端口。

当有新连接时，获得锁的 Worker 处理连接，其他 Worker 继续处理现有请求。

五、实战场景

23. 如何用Nginx实现动静分离？

server {
    # 静态资源（图片、CSS、JS）
    location ~* \.(jpg|png|css|js)$ {
        root /data/static;
        expires 30d;  # 客户端缓存30天
        access_log off;  # 关闭日志减少磁盘IO
    }

    # 动态请求（API）
    location /api {
        proxy_pass http://backend_server;
        proxy_set_header Host $host;
    }
}

24. 如何限制某个IP的访问频率？

http {
    # 定义限流区域：每秒10个请求（10r/s），突发允许20个请求
    limit_req_zone $binary_remote_addr zone=ip_limit:10m rate=10r/s;

    server {
        location / {
            limit_req zone=ip_limit burst=20 nodelay;
            # nodelay表示突发请求立即处理，不延迟
        }
    }
}

六、扩展问题

25. Nginx如何实现热部署（Reload）？

流程：

执行 nginx -s reload 向 Master 进程发送 SIGHUP 信号。

Master 检查新配置文件语法是否正确。

若配置正确，启动新的 Worker 进程，并逐步关闭旧的 Worker。

旧 Worker 处理完当前请求后退出，实现无缝切换。