性能调优基础

性能调优的目标是：用有限的资源，支撑更高的并发、更快的响应、更稳的服务。下面按优化维度，逐一拆解原理和配置要诀。

一、工作进程优化

1. Worker 数量

原理
每个 Worker 是一个单线程事件循环，绑定到一个 CPU 核心上可以避免上下文切换和 CPU 缓存失效。Worker 数量超过核心数会引起争抢，小于核心数则不能充分利用多核能力。

配置

nginx

# 推荐自动匹配
worker_processes auto;

# 亦可手动指定，如 4 核机器
worker_processes 4;

可查看 /proc/cpuinfo 确认物理核心数，一般无需超过该值（除非存在大量阻塞 I/O，但 Nginx 设计初衷就是非阻塞，极少需要超配）。

2. CPU 亲和性（`worker_cpu_affinity`）

原理
将每个 Worker 进程绑定到指定的 CPU 核心，减少进程在不同核心间迁移导致的缓存失效，并提高 CPU 利用率。注意，现代调度器通常做得足够好，此配置已非必需，但在高负载实时系统或特殊 NUMA 环境下可能仍有收益。

配置示例

nginx

worker_processes 4;
# 四核心，一 Worker 绑定一核心
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

如无明确测试依据，使用默认（不绑定）即可。

二、连接与超时微调

1. 最大并发与连接数

原理
每个 Worker 能打开的文件描述符数受系统限制（ulimit -n），Nginx 最大并发连接数 ≈ worker_processes × worker_connections。但每个客户端会占用 2 个左右连接（如正向代理），且系统还要保留文件描述符给静态文件、日志等，需留有余量。

配置

nginx

events {
    worker_connections  4096;
    # 控制同时接受多个新连接
    multi_accept on;
}

同时要修改系统限制：编辑 /etc/security/limits.conf 增加 nginx soft nofile 65535，并确保 nginx.conf 中 worker_rlimit_nofile 设置为同等或更高：

nginx

worker_rlimit_nofile 65535;

2. Keepalive 参数

原理
HTTP 长连接能复用 TCP 连接，减少握手开销，提升前端访问和后端代理的性能。

keepalive_timeout：服务器端保持连接的超时，过长会堆积空闲连接消耗资源。
keepalive_requests：单连接上允许的最大请求数，超过后关闭连接，以均衡连接复用与资源释放。

配置

nginx

http {
    keepalive_timeout 60 60;   # 长连接 60 秒
    keepalive_requests 1000;   # 单个连接最多服务1000个请求

    # 对上游的长连接（反向代理时尤为重要）
    upstream backend {
        server 10.0.0.1:80;
        keepalive 32;          # 保留的空闲 keepalive 连接数
    }
    server {
        location / {
            proxy_http_version 1.1;
            proxy_set_header Connection "";  # 清除 Connection 头以启用 keepalive
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

开启上游 keepalive 可显著减少与后端的 TCP 握手和 TIME_WAIT，大幅提升代理能力。

三、高效传输

1. `sendfile`、`tcp_nopush`、`tcp_nodelay`

原理

sendfile：调用 sendfile() 系统调用，将文件数据直接从内核缓冲区拷贝到网络栈，绕过用户态，实现零拷贝，极大提升静态文件传输效率。
tcp_nopush：在开启 sendfile 后生效，将 HTTP 响应头与数据包合并发送，减少 TCP 分段，提升网络利用率。适合大文件。
tcp_nodelay：关闭 Nagle 算法，让小包立即发送，不等待合并，减少延迟。适合需要实时交互的请求（如 API、WebSocket）。

配置

nginx

http {
    sendfile      on;          # 零拷贝
    tcp_nopush    on;          # 配合 sendfile，减少包数量
    tcp_nodelay   on;          # 对 keepalive 连接，降低延迟
}

三者在同一连接上可并存，内核会根据实际情况选择行为。

四、启用 Gzip 压缩

原理
压缩响应体，节省带宽、加速传输，但消耗 CPU。需在压缩比率、压缩文件类型和 CPU 开销间取得平衡。

配置

nginx

http {
    gzip on;
    gzip_vary on;                     # 添加 Vary: Accept-Encoding 头
    gzip_comp_level 5;               # 压缩级别 1-9，推荐 5-6
    gzip_min_length 256;             # 过小文件不压缩
    gzip_proxied any;                # 对代理请求也进行压缩判断
    gzip_types
        text/plain
        text/css
        text/xml
        text/javascript
        application/javascript
        application/xml+rss
        application/json
        image/svg+xml
        application/x-font-ttf
        font/opentype;
    gzip_disable "MSIE [1-6]\.";     # 对远古 IE 禁用
}

注意：gzip_comp_level 6 以上 CPU 开销急剧上升而压缩率收益递减，保持 5 左右即可。静态小文件可预先压缩为 .gz 文件并结合 gzip_static 模块直接发送，极大节省 CPU。

五、缓存配置

1. 浏览器缓存（`expires` / `Cache-Control`）

原理
通过设置响应头，让浏览器或中间代理缓存静态资源，消除重复请求，减少服务端压力和网络流量。

配置

nginx

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js|svg|woff2)$ {
    expires 1y;                        # 一年后过期
    add_header Cache-Control "public, immutable";
    add_header Pragma public;
    # 若文件名无版本号，可用短过期时间
}
location ~ \.html$ {
    expires -1;                        # 不缓存
}

细节：expires 指令会自动生成 Expires 和 Cache-Control: max-age。对于带哈希的构建产物，设置长期缓存并配合不可变标记 immutable。

2. 代理缓存（`proxy_cache`）

原理
Nginx 将上游服务器的响应缓存到磁盘（或内存），后续相同请求直接从缓存返回，大幅度减轻后端负载和响应时间。适用于静态 API 响应、页面片段等。

配置步骤

nginx

http {
    # 定义缓存路径和规则
    proxy_cache_path /data/nginx/cache levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m
                     max_size=10g inactive=60m use_temp_path=off;

    server {
        location /api/ {
            proxy_cache my_cache;
            proxy_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
            proxy_cache_valid 200 302 10m;
            proxy_cache_valid 404      1m;
            proxy_cache_use_stale error timeout updating;
            # 支持条件请求，让客户端可验证缓存
            proxy_cache_revalidate on;
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

keys_zone 设定共享内存区域名称和大小，存放缓存元数据。
levels=1:2 配置两级子目录，避免单目录文件数过多。
inactive 规定时间内访问则清除缓存。
proxy_cache_use_stale 在后端异常时能交付过期缓存，保障可用性。

3. 快速缓存（FastCGI 缓存等）

原理与代理缓存类似，针对 PHP 等 FastCGI 后端：

nginx

fastcgi_cache_path /data/nginx/fcgicache levels=1:2 keys_zone=fcgi:10m max_size=2g;
fastcgi_cache fcgi;
fastcgi_cache_key "$scheme$request_method$host$request_uri";
fastcgi_cache_valid 200 10m;

同样适用于 uwsgi_cache、scgi_cache，对动态内容可以显著加速。

调优准则总结

先测量，后调优——使用 nginx -V 检查编译参数，用访问日志记录 $request_time、$upstream_response_time 定位瓶颈。
根据角色分层优化：
- 纯静态资源：重 sendfile + tcp_nopush + gzip_static + expires。
- 反向代理：keepalive 后端连接池 + proxy_cache + 合适的超时。
- 全栈站点：动静分离，动态部分走缓存或加速。
压力测试验证：每项调优后使用 wrk、ab、vegeta 等工具压测，对比 QPS、响应时间分布和错误率。

把这些优化项逐一落实并测试，你的 Nginx 就能真正地“快、稳、省”。

参考文献

资料	说明
nginx 文档	官方
运维导读	学习路径