性能优化

HSXISAWD2026/3/20大约 8 分钟

性能优化

操作系统级优化

文件描述符限制

# 查看当前限制
ulimit -n

# 临时修改（当前会话）
ulimit -n 65535

# 永久修改
# 编辑 /etc/security/limits.conf
cat >> /etc/security/limits.conf << 'EOF'
# Nginx 用户文件描述符限制
nginx soft nofile 65535
nginx hard nofile 65535
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535

# 进程数限制
nginx soft nproc 65535
nginx hard nproc 65535
EOF

# 编辑 /etc/pam.d/common-session（Ubuntu）
echo "session required pam_limits.so" >> /etc/pam.d/common-session

# 编辑 systemd 服务文件
# /etc/systemd/system/nginx.service.d/override.conf
[Service]
LimitNOFILE=65535
LimitNPROC=65535

内核参数调优

# /etc/sysctl.conf

# === 网络参数 ===

# 最大连接队列长度
net.core.somaxconn = 65535

# 网络设备接收队列长度
net.core.netdev_max_backlog = 65535

# 系统最大文件描述符
fs.file-max = 1000000

# === TCP 参数 ===

# 允许 TIME_WAIT 状态的 socket 重用
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# TIME_WAIT 超时时间
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15

# TCP keepalive 时间
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 300
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 15

# 半连接队列长度
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

# 本地端口范围
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

# TCP 内存
net.ipv4.tcp_mem = 786432 1048576 1572864
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216

# 核心读写缓冲区
net.core.rmem_default = 262144
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_default = 262144
net.core.wmem_max = 16777216

# TCP 快速打开
net.ipv4.tcp_fastopen = 3

# 启用 SYN Cookie（防止 SYN 洪水）
net.ipv4.tcp_syncookies = 1

# 最大 TIME_WAIT 数量
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 262144

# 禁用慢启动重启
net.ipv4.tcp_slow_start_after_idle = 0

# 应用配置
sudo sysctl -p

网络优化参数说明

参数	推荐值	说明
`net.core.somaxconn`	65535	监听队列最大长度
`net.core.netdev_max_backlog`	65535	网卡接收队列长度
`net.ipv4.tcp_tw_reuse`	1	复用 TIME_WAIT 连接
`net.ipv4.tcp_fin_timeout`	15	FIN 超时时间（秒）
`net.ipv4.tcp_max_syn_backlog`	65535	SYN 队列长度
`net.ipv4.ip_local_port_range`	1024 65535	可用端口范围
`fs.file-max`	1000000	系统最大文件句柄数

Nginx 进程优化

worker_processes 设置

# 自动检测 CPU 核心数（推荐）
worker_processes auto;

# 手动指定（等于 CPU 核心数）
worker_processes 4;

# 查看 CPU 核心数
# grep processor /proc/cpuinfo | wc -l
# 或
# nproc

worker_connections 计算

events {
    # 单个 Worker 最大连接数
    worker_connections 65535;

    # 使用 epoll（Linux）
    use epoll;

    # 接受多个新连接
    multi_accept on;
}

最大并发计算：

场景	计算公式
静态服务器	worker_processes × worker_connections
反向代理	worker_processes × worker_connections / 2
代理+长连接	worker_processes × worker_connections / 4

CPU 绑定与优先级

# 4 核 CPU：每个 Worker 绑定一个核心
worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 1000;

# 8 核 CPU
worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;

# 自动绑定（1.9.10+）
worker_cpu_affinity auto;

# Worker 进程优先级（-20 到 20）
worker_priority -10;

# 单个 Worker 最大打开文件数
worker_rlimit_nofile 65535;

完整进程配置

# 运行用户
user nginx;

# Worker 进程数
worker_processes auto;

# CPU 绑定
worker_cpu_affinity auto;

# 进程优先级
worker_priority -10;

# 文件描述符限制
worker_rlimit_nofile 65535;

# PID 文件
pid /run/nginx.pid;

# 错误日志
error_log /var/log/nginx/error.log warn;

events {
    worker_connections 65535;
    use epoll;
    multi_accept on;
    accept_mutex off;
}

网络传输优化

sendfile 与 TCP 优化

http {
    # 开启高效文件传输（零拷贝）
    sendfile on;

    # 配合 sendfile 使用
    # 等待数据包填满后再发送
    tcp_nopush on;

    # 禁用 Nagle 算法
    # 小数据包立即发送
    tcp_nodelay on;

    # aio（异步 I/O）
    aio on;
    # 或使用线程池
    aio threads;

    # 直接 I/O（大文件）
    directio 4m;
    directio_alignment 512;
}

keepalive 连接优化

http {
    # 客户端 keepalive 超时
    keepalive_timeout 65s;

    # 单个 keepalive 连接最大请求数
    keepalive_requests 10000;

    # 禁用关闭时等待
    reset_timedout_connection on;

    # upstream keepalive
    upstream backend {
        server 127.0.0.1:8080;

        # 保持的空闲连接数
        keepalive 32;

        # keepalive 超时
        keepalive_timeout 60s;

        # 每个连接最大请求数
        keepalive_requests 1000;
    }

    server {
        location / {
            proxy_pass http://backend;

            # 启用 HTTP/1.1
            proxy_http_version 1.1;

            # 清空 Connection 头
            proxy_set_header Connection "";
        }
    }
}

缓冲区优化

http {
    # === 客户端缓冲区 ===

    # 请求头缓冲区
    client_header_buffer_size 1k;

    # 大请求头缓冲区
    large_client_header_buffers 4 8k;

    # 请求体缓冲区
    client_body_buffer_size 128k;

    # 最大请求体大小
    client_max_body_size 100m;

    # === 代理缓冲区 ===

    # 代理响应头缓冲区
    proxy_buffer_size 4k;

    # 代理响应体缓冲区
    proxy_buffers 8 32k;

    # 高负载缓冲区
    proxy_busy_buffers_size 64k;

    # 临时文件最大大小
    proxy_max_temp_file_size 1024m;

    # === FastCGI 缓冲区 ===
    fastcgi_buffer_size 4k;
    fastcgi_buffers 8 32k;
    fastcgi_busy_buffers_size 64k;
}

压缩优化

Gzip 压缩

http {
    # 开启 gzip
    gzip on;

    # 压缩级别（1-9）
    # 建议 4-6，平衡压缩率和 CPU
    gzip_comp_level 5;

    # 最小压缩长度
    gzip_min_length 1024;

    # 压缩缓冲区
    gzip_buffers 16 8k;

    # 压缩的 MIME 类型
    gzip_types
        text/plain
        text/css
        text/xml
        text/javascript
        application/json
        application/javascript
        application/xml
        application/xml+rss
        application/x-javascript
        image/svg+xml
        font/opentype
        font/ttf
        font/eot
        font/otf;

    # Vary 头
    gzip_vary on;

    # 代理请求压缩
    gzip_proxied any;

    # 禁用 IE6 压缩
    gzip_disable "MSIE [1-6]\.";

    # HTTP 版本
    gzip_http_version 1.1;
}

Gzip 预压缩

http {
    # 需要 ngx_http_gzip_static_module

    # 优先发送预压缩文件
    gzip_static on;

    # 同时开启动态压缩作为回退
    gzip on;
}

生成预压缩文件：

# 压缩所有 JS 和 CSS 文件
find /var/www/html -type f \( -name "*.js" -o -name "*.css" \) -exec gzip -9 -k {} \;

# 使用 zopfli（更好的压缩率）
find /var/www/html -type f \( -name "*.js" -o -name "*.css" \) -exec zopfli {} \;

Brotli 压缩

# 需要安装 ngx_brotli 模块
http {
    # 动态 Brotli 压缩
    brotli on;
    brotli_comp_level 6;
    brotli_types
        text/plain
        text/css
        text/xml
        text/javascript
        application/json
        application/javascript
        application/xml
        image/svg+xml;

    # 预压缩
    brotli_static on;

    # 同时保留 gzip 作为回退
    gzip on;
}

缓存优化

浏览器缓存

server {
    # 静态资源长期缓存
    location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|webp|svg)$ {
        expires 30d;
        add_header Cache-Control "public, immutable";
        access_log off;
    }

    location ~* \.(css|js)$ {
        expires 7d;
        add_header Cache-Control "public";
        access_log off;
    }

    location ~* \.(woff|woff2|ttf|eot)$ {
        expires 1y;
        add_header Cache-Control "public, immutable";
        add_header Access-Control-Allow-Origin *;
    }
}

文件描述符缓存

http {
    # 文件描述符缓存
    open_file_cache max=65535 inactive=60s;

    # 缓存有效性检查间隔
    open_file_cache_valid 30s;

    # 最小使用次数才缓存
    open_file_cache_min_uses 2;

    # 缓存错误信息
    open_file_cache_errors on;
}

代理缓存优化

http {
    proxy_cache_path /var/cache/nginx
        levels=1:2
        keys_zone=cache:100m
        max_size=10g
        inactive=7d
        use_temp_path=off;

    server {
        location / {
            proxy_pass http://backend;
            proxy_cache cache;
            proxy_cache_valid 200 1h;

            # 缓存锁防止击穿
            proxy_cache_lock on;
            proxy_cache_lock_timeout 5s;

            # 使用过期缓存
            proxy_cache_use_stale error timeout updating;

            # 后台更新
            proxy_cache_background_update on;
        }
    }
}

连接优化

upstream keepalive

upstream backend {
    server 127.0.0.1:8001;
    server 127.0.0.1:8002;

    # 空闲连接池大小
    keepalive 100;

    # 单连接最大请求数
    keepalive_requests 10000;

    # 空闲超时
    keepalive_timeout 60s;
}

server {
    location / {
        proxy_pass http://backend;

        # 必须使用 HTTP/1.1
        proxy_http_version 1.1;

        # 清除 Connection 头
        proxy_set_header Connection "";
    }
}

超时参数调优

http {
    # === 客户端超时 ===

    # 读取请求头超时
    client_header_timeout 15s;

    # 读取请求体超时
    client_body_timeout 15s;

    # 发送响应超时
    send_timeout 30s;

    # keepalive 超时
    keepalive_timeout 65s 65s;

    # === 代理超时 ===

    # 连接后端超时
    proxy_connect_timeout 10s;

    # 读取后端响应超时
    proxy_read_timeout 60s;

    # 发送请求到后端超时
    proxy_send_timeout 30s;
}

HTTP/2 优化

server {
    listen 443 ssl http2;

    # HTTP/2 推送（可选）
    http2_push_preload on;

    location / {
        # 预加载资源
        add_header Link "</css/main.css>; rel=preload; as=style";
        add_header Link "</js/main.js>; rel=preload; as=script";
    }
}

http {
    # HTTP/2 特定优化
    http2_max_concurrent_streams 128;
    http2_recv_buffer_size 256k;
}

性能测试工具

ab (Apache Bench)

# 基本测试
ab -n 10000 -c 100 http://localhost/

# 参数说明
# -n: 总请求数
# -c: 并发数
# -k: 启用 keepalive
# -H: 添加请求头

# 带 keepalive 测试
ab -n 10000 -c 100 -k http://localhost/

# 测试 POST 请求
ab -n 1000 -c 50 -p data.json -T application/json http://localhost/api/

wrk

# 安装
git clone https://github.com/wg/wrk.git
cd wrk && make

# 基本测试
# -t: 线程数
# -c: 连接数
# -d: 持续时间
wrk -t12 -c400 -d30s http://localhost/

# 带 Lua 脚本
wrk -t12 -c400 -d30s -s post.lua http://localhost/api/

# 输出示例
# Running 30s test @ http://localhost/
#   12 threads and 400 connections
#   Thread Stats   Avg      Stdev     Max   +/- Stdev
#     Latency     1.42ms    1.00ms  50.12ms   89.32%
#     Req/Sec    23.48k     2.34k   30.23k    70.12%
#   8412354 requests in 30.10s, 1.23GB read
# Requests/sec: 279517.43
# Transfer/sec:     41.81MB

siege

# 安装
yum install -y siege  # CentOS
apt install -y siege  # Ubuntu

# 基本测试
siege -c 100 -t 30s http://localhost/

# 从文件读取 URL 列表
siege -c 50 -t 1M -f urls.txt

# 参数说明
# -c: 并发用户数
# -t: 测试时间
# -r: 每个用户重复次数
# -b: 基准测试模式（无延迟）

性能瓶颈排查

CPU 瓶颈

# 查看 CPU 使用
top -Hp $(pgrep -f "nginx: worker")

# 使用 perf 分析
perf top -p $(pgrep -f "nginx: worker" | head -1)

# 火焰图
perf record -F 99 -p $(pgrep -f "nginx: worker" | head -1) -g -- sleep 30
perf script | ./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl | ./FlameGraph/flamegraph.pl > nginx.svg

内存瓶颈

# 查看内存使用
ps aux | grep nginx

# 详细内存信息
cat /proc/$(pgrep -f "nginx: master")/status | grep -E "Vm|Rss"

# 使用 pmap
pmap -x $(pgrep -f "nginx: worker" | head -1)

I/O 瓶颈

# 查看磁盘 I/O
iostat -x 1

# 查看文件描述符使用
ls /proc/$(pgrep -f "nginx: worker" | head -1)/fd | wc -l

# 使用 strace 跟踪系统调用
strace -p $(pgrep -f "nginx: worker" | head -1) -c

网络瓶颈

# 查看连接状态
ss -s

# 查看 TIME_WAIT 连接数
ss -ant | awk '/TIME-WAIT/ {count++} END {print count}'

# 查看连接队列
ss -ltn | grep :80

# 查看网络带宽
iftop -i eth0

生产环境优化配置模板

# /etc/nginx/nginx.conf

user nginx;
worker_processes auto;
worker_cpu_affinity auto;
worker_priority -10;
worker_rlimit_nofile 65535;

error_log /var/log/nginx/error.log warn;
pid /run/nginx.pid;

events {
    worker_connections 65535;
    use epoll;
    multi_accept on;
    accept_mutex off;
}

http {
    # 基础配置
    include /etc/nginx/mime.types;
    default_type application/octet-stream;
    charset utf-8;

    # 隐藏版本号
    server_tokens off;

    # 日志配置
    log_format main '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                    '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                    '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for" '
                    'rt=$request_time uct="$upstream_connect_time" '
                    'uht="$upstream_header_time" urt="$upstream_response_time"';

    access_log /var/log/nginx/access.log main buffer=32k flush=5s;

    # 文件传输优化
    sendfile on;
    tcp_nopush on;
    tcp_nodelay on;
    aio on;

    # 连接优化
    keepalive_timeout 65;
    keepalive_requests 10000;
    reset_timedout_connection on;

    # 超时设置
    client_header_timeout 15s;
    client_body_timeout 15s;
    send_timeout 30s;

    # 缓冲区
    client_header_buffer_size 1k;
    large_client_header_buffers 4 8k;
    client_body_buffer_size 128k;
    client_max_body_size 100m;

    # Gzip 压缩
    gzip on;
    gzip_comp_level 5;
    gzip_min_length 1024;
    gzip_vary on;
    gzip_proxied any;
    gzip_types text/plain text/css text/xml text/javascript
               application/json application/javascript application/xml
               application/xml+rss image/svg+xml;

    # Gzip 预压缩
    gzip_static on;

    # 文件缓存
    open_file_cache max=65535 inactive=60s;
    open_file_cache_valid 30s;
    open_file_cache_min_uses 2;
    open_file_cache_errors on;

    # 代理缓存
    proxy_cache_path /var/cache/nginx/proxy_cache
        levels=1:2
        keys_zone=proxy_cache:100m
        max_size=10g
        inactive=7d
        use_temp_path=off;

    # 默认代理设置
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
    proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    proxy_set_header Connection "";

    proxy_connect_timeout 10s;
    proxy_read_timeout 60s;
    proxy_send_timeout 30s;

    proxy_buffer_size 4k;
    proxy_buffers 8 32k;
    proxy_busy_buffers_size 64k;

    # 引入站点配置
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

总结

本章介绍了 Nginx 性能优化的方方面面：

系统优化：文件描述符、内核参数、TCP 调优
进程优化：worker_processes、worker_connections、CPU 绑定
网络优化：sendfile、keepalive、缓冲区配置
压缩优化：Gzip、Brotli、预压缩
缓存优化：浏览器缓存、文件缓存、代理缓存
连接优化：upstream keepalive、超时配置
性能测试：ab、wrk、siege
瓶颈排查：CPU、内存、I/O、网络