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Nginx 性能调优：worker_processes 与 worker_connections 深度解析

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Nginx 作为一款高性能的 Web 服务器和反向代理服务器，其 worker_processes 和 worker_connections 配置直接影响着它的并发处理能力和整体性能。很多刚接触 Nginx 的朋友，甚至一些有经验的运维工程师，都可能对这两个参数的配置感到困惑，不知道该如何设置才能最大化 Nginx 的性能。今天咱们就来深入聊聊这两个参数，并结合实际场景，告诉你如何根据 CPU 核心数和系统限制进行合理配置。

worker_processes：Nginx 的“工人”数量

worker_processes 指令用于设置 Nginx 启动的 worker 进程数量。每个 worker 进程都是一个独立的进程，可以独立处理客户端请求。你可以把它想象成 Nginx 的“工人”，工人越多，理论上能同时处理的请求就越多。

1. 默认值与 auto

Nginx 的 worker_processes 默认值通常是 1，这意味着 Nginx 只会启动一个 worker 进程。在大多数情况下，这个默认值显然是不够的。不过，Nginx 也提供了一个很方便的选项：auto。

当你将 worker_processes 设置为 auto 时，Nginx 会自动检测服务器的 CPU 核心数，并启动与 CPU 核心数相同数量的 worker 进程。这通常是一个比较合理的配置，因为每个 worker 进程都会绑定到一个 CPU 核心上，从而减少进程间切换的开销，提高 CPU 利用率。

2. 如何根据 CPU 核心数设置

虽然 auto 选项很方便，但在某些情况下，你可能需要手动设置 worker_processes 的值。例如：

  • 服务器 CPU 核心数非常多（比如 64 核甚至更多）： 这时候如果仍然按照 CPU 核心数来设置 worker 进程数量，可能会导致进程间切换过于频繁，反而降低性能。一般来说, 可以根据实际压测结果来调整, 逐步增加 worker 进程数量。
  • 服务器上还运行着其他 CPU 密集型应用： 这时候需要为 Nginx 预留一部分 CPU 资源，不能让 Nginx 独占所有 CPU 核心。
  • 虚拟化环境： 在虚拟化环境中，分配给虚拟机的 CPU 核心数可能并不代表真实的物理 CPU 核心数，这时候也需要根据实际情况进行调整。

总的来说，worker_processes 的最佳设置值并没有一个固定的公式，需要根据服务器的硬件配置、负载情况以及实际的性能测试结果来确定。一般来说，可以从 CPU 核心数开始，然后逐步增加或减少 worker 进程数量，观察 Nginx 的性能变化，找到最佳的配置。

3. worker_cpu_affinity：绑定 CPU 核心

为了进一步优化性能，Nginx 还提供了一个 worker_cpu_affinity 指令，可以将每个 worker 进程绑定到特定的 CPU 核心上。这样可以避免进程在不同 CPU 核心之间频繁切换，减少 CPU 缓存失效的可能性，提高性能。

worker_cpu_affinity 的值是一个位掩码，每一位代表一个 CPU 核心。例如，如果你的服务器有 4 个 CPU 核心，那么 worker_cpu_affinity 的值可以是：

  • 0001：将 worker 进程绑定到第一个 CPU 核心。
  • 0010：将 worker 进程绑定到第二个 CPU 核心。
  • 0100：将 worker 进程绑定到第三个 CPU 核心。
  • 1000：将 worker 进程绑定到第四个 CPU 核心。
  • 0101: 将worker进程绑定到第一个和第三个cpu

如果你有 4 个 worker 进程，可以这样设置：

worker_processes 4;
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

这样，每个 worker 进程都会被绑定到一个独立的 CPU 核心上。需要注意的是，worker_cpu_affinity 的位数必须与 worker_processes 的数量相同。如果服务器的cpu数量很多，可以直接使用auto，例如:

worker_processes auto;
worker_cpu_affinity auto;

worker_connections：每个“工人”能处理的连接数

worker_connections 指令用于设置每个 worker 进程可以同时处理的最大连接数。这个值受到操作系统内核参数的限制，也受到硬件资源的限制。你可以把它理解为每个“工人”能同时处理的任务数量。

1. 系统限制：ulimit -n

在 Linux 系统中，每个进程可以打开的文件句柄数（包括网络连接）是有限制的。这个限制可以通过 ulimit -n 命令查看。如果 worker_connections 的值超过了这个限制，Nginx 将无法正常工作。

# 查看当前用户的限制
ulimit -n

# 临时修改限制（仅对当前会话有效）
ulimit -n 65535

要永久修改这个限制，需要修改 /etc/security/limits.conf 文件。例如：

* soft nofile 65535
* hard nofile 65535

这里的 * 表示对所有用户生效，soft 表示软限制，hard 表示硬限制。软限制可以超过，但硬限制不能超过。修改完成后，需要重新登录才能生效。

2. 如何设置 worker_connections

worker_connections 的值越大，Nginx 的并发处理能力就越强。但是，这个值并不是越大越好。过大的 worker_connections 值可能会导致 Nginx 占用过多的内存和 CPU 资源，反而降低性能。

一般来说，可以参考以下公式来估算 worker_connections 的值：

worker_connections = (最大可用文件句柄数 - 已用文件句柄数) / worker_processes

其中，最大可用文件句柄数可以通过 ulimit -n 查看，已用文件句柄数可以通过 lsof -n | wc -l 命令查看（这个值会随着 Nginx 的运行而变化）。

在实际应用中，worker_connections 的值通常设置为 1024、2048、4096 或更高。具体的值需要根据服务器的硬件配置、负载情况以及实际的性能测试结果来确定。压测的时候需要重点关注cpu，内存以及网络带宽等指标。

3. max_clients：最大并发连接数

有了 worker_processes 和 worker_connections，我们就可以计算出 Nginx 的最大并发连接数：

max_clients = worker_processes * worker_connections

这个值表示 Nginx 理论上可以同时处理的最大客户端连接数。但是，实际的并发连接数可能会受到其他因素的影响，例如网络带宽、服务器负载、客户端行为等。

总结与实践建议

  • 理解原理： 深入理解 worker_processes 和 worker_connections 的作用和相互关系，是进行 Nginx 性能调优的基础。
  • 合理配置： 根据服务器的硬件配置、操作系统限制和实际负载情况，合理设置这两个参数的值。
  • 性能测试： 通过性能测试工具（例如 ApacheBench、wrk 等），模拟实际的访问压力，观察 Nginx 的性能表现，找到最佳的配置。
  • 监控与调优： 使用 Nginx 的状态模块（例如 ngx_http_stub_status_module）或第三方监控工具（例如 Prometheus、Grafana 等），实时监控 Nginx 的运行状态，根据监控数据进行动态调优。

Nginx 的性能调优是一个持续的过程，需要不断地进行测试、监控和调整。希望这篇文章能帮助你更好地理解 Nginx 的 worker_processes 和 worker_connections 配置，让你的 Nginx 跑得更快、更稳！记住，没有一成不变的最佳配置，只有最适合你当前业务场景的配置。多动手实践，多观察，多思考，你也能成为 Nginx 调优高手！

最后说一句, 别忘了在修改配置后重启 Nginx 使配置生效 nginx -s reload。

如果你在调整这两个参数的过程中遇到了什么问题, 或者有什么心得体会, 欢迎在评论区留言, 咱们一起交流学习!

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