构建高效安全的Nginx Web服务器

摘要：Web服务是在互联网上暴露最多的服务。选择合适的软件搭建Web服务器，让自己的Web服务器支持高并发服务和抵御外部攻击的能力，是提供互联网服务所需要长期面对的问题。本文作者根据自己在实践中的经验，构建了一套高效安全的Nginx Web服务器。

关键词：Nginx高效高并发Web服务器

一、为什么选择Nginx搭建Web服务器

Apache和Nginx是目前使用最火的两种Web服务器，Apache出现比Nginx早。Apache HTTP Server(简称Apache)是世界使用排名第一的Web服务器软件，音译为阿帕奇，是Apache软件基金会的一个开放源码Web服务器，可以运行几乎所有的计算机平台，其次开放的API接口，任何组织和个人都可以在它上面扩展和增加各种需要功能，达到为自己量身定制的功能。

Nginx(“engine x”)是一个高性能的HTTP和反向代理服务器，也是一个 IMAP/POP3/SMTP代理服务器。Nginx 是由 Igor Sysoev 为俄罗斯访问量第二的 Rambler.ru 站点开发的，第一个公开版本0.1.0发布于2004年10月4日。其将源代码以类BSD许可证的形式发布，因它的稳定性、丰富的功能集、示例配置文件和低系统资源的消耗而闻名。

在互联网初期，网站大小不是很大，访问量都很轻量，一个网站的访问量一天最多就几万IP，这个时候Apache完全可以满足需要，人们更多的是为它开发各种模块，像重写模块，访问控制列表，缓存模块等等。但是随着互联网的飞速发展，网站我访问量以指数增长，大型网站的除了加大硬件投入外，典型的Web服务器Apache这时候也力不从心了；但是Apache并不是完美的，并且不再适合大规模系统。

为什么？因为他的进程模式虽然简单而灵活，但并不适合大规模尤其是当要处理像PHP这种需要占用大量内存应用程序代码时。于是Nginx开始崛起，最初的设计是俄罗斯工程师为大型网站解决高并发设计的。所以注定了高并发是它永恒的优点。再次就是反向代理，现在大型网站分工详细，哪些服务器处理数据流，哪些处理静态文件，这些谁指挥，一般都是用nginx反向代理到内网服务器，这样就起到了负载均衡分流的作用。再次nginx高度模块化的设计，编写模块相对简单。

Nginx 是一个高性能的 Web 和反向代理服务器,它具有有很多非常优越的特性:

作为 Web 服务器：相比 Apache，Nginx使用更少的资源，支持更多的并发连接，体现更高的效率，这点使 Nginx 尤其受到虚拟主机提供商的欢迎。能够支持高达 50,000个并发连接数的响应，感谢 Nginx为我们选择了epoll and kqueue 作为开发模型。

作为负载均衡服务器： Nginx既可以在内部直接支持 Rails 和 PHP，也可以支持作为 HTTP代理服务器对外进行服务。Nginx用C编写, 不论是系统资源开销还是 CPU 使用效率都比 Perlbal 要好的多。

Nginx安装非常的简单，配置文件非常简洁（还能够支持perl语法），Bugs非常少的服务器: Nginx启动特别容易，并且几乎可以做到7*24不间断运行，即使运行数个月也不需要重新启动。你还能够在不间断服务的情况下进行软件版本的升级。

二、Nginx安装

1、安装说明

系统环境： CentOS-6.6
软件： nginx-1.8.0.tar.gz
安装方式： 源码编译安装
安装位置： /opt/program/nginx-1.8.0
下载地址： http://nginx.org/en/download.html

2、安装必须软件

# yum install gcc-c++
# yum -y install zlib zlib-devel openssl openssl--devel pcre pcre-devel
#  find -name nginx
#./nginx
#./nginx/sbin/nginx
#./nginx-1.2.6/objs/nginx

检查系统已安装的Nginx：
卸载原有的Nginx

# yum remove nginx

3、安装和编译

将安装包文件上传到/opt/software中执行以下操作：

# cd /opt/program
# mkdir nginx
# tar -zxvf ../software/nginx-1.8.0.tar.gz
# cd nginx-1.8.0
# ./configure --prefix=/opt/program/nginx

注：处此是指定Nginx的安装目录，大多用户习惯于安装在/usr/local/nginx下面

# make                编译
# make install        安装

4、配置服务项

修改防火墙配置： 
# vi + /etc/sysconfig/iptables
添加配置项 
-A INPUT -m state --state NEW -m tcp -p tcp --dport 80 -j ACCEPT
重启防火墙 
# service iptables restart

5、启动

方法1

# /opt/program/nginx/sbin/nginx -c /opt/program/nginx/sbin/nginx/conf/nginx.conf

方法2

# /opt/program/nginx/sbin/nginx   
查询nginx主进程号 
# ps -ef | grep nginx
强制停止 
# pkill -9 nginx
重启
# /opt/program/nginx/sbin/nginx -s reload
测试
# netstat –na|grep 80
#浏览器中测试 
http://ip:80

三、配置Nginx支持高并发

1、Nginx常规优化

编辑nginx.conf，修改相关参数进行优化。

worker_processes 8;

Nginx 进程数，建议按照CPU数目来指定，一般为它的倍数 (如,2个四核的CPU计为8)。

worker_cpu_affinity 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000;
worker_rlimit_nofile 65535;

这个指令是指当一个Nginx 进程打开的最多文件描述符数目，理论值应该是最多打开文
件数（ulimit -n）与nginx 进程数相除，但是Nginx 分配请求并不是那么均匀，所以最好与ulimit -n 的值保持一致。现在在linux 2.6内核下开启文件打开数为65535，worker_rlimit_nofile就相应应该填写65535。

worker_connections 65535;

每个进程允许的最多连接数，理论上每台nginx 服务器的最大连接数为worker_processes*worker_connections。keepalive_timeout 60;keepalive 超时时间。

client_header_buffer_size 4k;

客户端请求头部的缓冲区大小，这个可以根据你的系统分页大小来设置，一般一个请求头的大小不会超过1k，不过由于一般系统分页都要大于1k，所以这里设置为分页大小。

open_file_cache max=65535 inactive=60s;

这个将为打开文件指定缓存，默认是没有启用的，max 指定缓存数量，建议和打开文件数一致，inactive 是指经过多长时间文件没被请求后删除缓存。

open_file_cache_valid 80s;

这个是指多长时间检查一次缓存的有效信息。

open_file_cache_min_uses 1;
open_file_cache 指令中的inactive

参数时间内文件的最少使用次数，如果超过这个数字，文件描述符一直是在缓存中打开的，如上例，如果有一个文件在inactive 时间内一次没被使用，它将被移除。

2、内核参数的优化

编辑sysctl.conf优化linux内核。

net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 6000

timewait 的数量，默认是180000。

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

允许系统打开的端口范围。

net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

启用timewait 快速回收。

net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

开启重用。允许将TIME-WAIT sockets 重新用于新的TCP 连接。

net.ipv4.tcp_syncookies = 1

开启SYN Cookies，当出现SYN 等待队列溢出时，启用cookies 来处理。

net.core.somaxconn = 262144

web 应用中listen 函数的backlog 默认会给我们内核参数的net.core.somaxconn 限制到128，而nginx 定义的NGX_LISTEN_BACKLOG 默认为511，所以有必要调整这个值。

net.core.netdev_max_backlog = 262144

每个网络接口接收数据包的速率比内核处理这些包的速率快时，允许送到队列的数据包的最大数目。

net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144

系统中最多有多少个TCP 套接字不被关联到任何一个用户文件句柄上。如果超过这个数字，孤儿连接将即刻被复位并打印出警告信息。这个限制仅仅是为了防止简单的DoS 攻击，不能过分依靠它或者人为地减小这个值，更应该增加这个值(如果增加了内存之后)。

net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 262144

记录的那些尚未收到客户端确认信息的连接请求的最大值。对于有128M 内存的系统而言，缺省值是1024，小内存的系统则是128。

net.ipv4.tcp_timestamps = 0

时间戳可以避免序列号的卷绕。一个1Gbps 的链路肯定会遇到以前用过的序列号。时间戳能够让内核接受这种“异常”的数据包。这里需要将其关掉。

net.ipv4.tcp_synack_retries = 1

为了打开对端的连接，内核需要发送一个SYN 并附带一个回应前面一个SYN 的ACK。也就是所谓三次握手中的第二次握手。这个设置决定了内核放弃连接之前发送SYN+ACK 包的数量。

net.ipv4.tcp_syn_retries = 1

在内核放弃建立连接之前发送SYN 包的数量。

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 1

如果套接字由本端要求关闭，这个参数决定了它保持在FIN-WAIT-2 状态的时间。对端可以出错并永远不关闭连接，甚至意外当机。缺省值是60 秒。2.2 内核的通常值是180 秒，3你可以按这个设置，但要记住的是，即使你的机器是一个轻载的WEB 服务器，也有因为大量的死套接字而内存溢出的风险，FIN- WAIT-2 的危险性比FIN-WAIT-1 要小，因为它最多只能吃掉1.5K 内存，但是它们的生存期长些。

net.ipv4.tcp_keepalive_time = 30

当keepalive 起用的时候，TCP 发送keepalive 消息的频度。缺省是2小时。
经过以上优化后，Nginx可支持超过5万的并发量。

四、Nginx安全配置

网络上有太多关于Nginx安全配置的方法，本文根据自己的实际环境，选择适合自己的Nginx安全配置策略。

1、删除所有不需要的Nginx模块

直接通过编译Nginx源代码使模块数量最少化。通过限制只允许Web服务器访问模块把风险降到最低。例如，禁用SSL和autoindex模块你可以执行以下命令：

#./configure –without-http_autoindex_module –without-http_ssi_module
# make
# make install

通过以下命令来查看当编译Nginx服务器时哪个模块能开户或关闭：

#./configure –help | less

然后禁用你用不到的Nginx模块。

2、安装SELinux策略以强化Nginx Web服务器

默认的SELinux不会保护Nginx Web服务器，我这里安装和编译保护软件。
安装编译SELinux所需环境支持

# yum -y install selinux-policy-targeted selinux-policy-devel

下载SELinux策略以强化Nginx Web服务器。

# cd /opt
# wget ‘http://downloads.sourceforge.net/project/selinuxnginx/se-ngix_1_0_10.tar.gz?use_mirror=nchc’

解压文件

# tar -zxvf se-ngix_1_0_10.tar.gz

编译文件

# cd se-ngix_1_0_10/nginx
# make

将会输出如下：

Compiling targeted nginx module
/usr/bin/checkmodule: loading policy configuration from tmp/nginx.tmp
/usr/bin/checkmodule: policy configuration loaded
/usr/bin/checkmodule: writing binary representation (version 6) to tmp/nginx.mod
Creating targeted nginx.pp policy package
# rm tmp/nginx.mod.fc tmp/nginx.mod

安装生成的nginx.pp SELinux模块：

# /usr/sbin/semodule -i nginx.pp

3、控制缓冲区溢出攻击

编辑nginx.conf，为所有客户端设置缓冲区的大小限制。

# vi /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

编辑和设置所有客户端缓冲区的大小限制如下：

## Start: Size Limits & Buffer Overflows ##
client_body_buffer_size  1K;
client_header_buffer_size 1k;
client_max_body_size 1k;
large_client_header_buffers 2 1k;
## END: Size Limits & Buffer Overflows ##

4、控制并发连接

使用NginxHttpLimitZone模块来限制指定的会话或者一个IP地址的特殊情况下的并发连接。编辑nginx.conf:

limit_zone slimits $binary_remote_addr 5m;
limit_conn slimits 5;

上面表示限制每个远程IP地址的客户端同时打开连接不能超过5个。

5、限制可用的请求方法

GET和POST是互联网上最常用的方法。 Web服务器的方法被定义在RFC 2616。如果Web服务器不要求启用所有可用的方法，它们应该被禁用。下面的指令将过滤只允许GET，HEAD和POST方法：

## Only allow these request methods ##
if ($request_method !~ ^(GET|HEAD|POST)$ ) {
return 444;
}
## Do not accept DELETE, SEARCH and other methods ##

6、拒绝一些User-Agents

你可以很容易地阻止User-Agents,如扫描器，机器人以及滥用你服务器的垃圾邮件发送者。

## Block download agents ##
if ($http_user_agent ~* LWP::Simple|BBBike|wget) {
return 403;
}
##

阻止Soso和有道的机器人：

## Block some robots ##
if ($http_user_agent ~* Sosospider|YodaoBot) {
return 403;
}

7、防止图片盗链

图片或HTML盗链的意思是有人直接用你网站的图片地址来显示在他的网站上。最终的结果，你需要支付额外的宽带费用。需要封锁，并阻止盗链行为。

# Stop deep linking or hot linking
location /images/ {
valid_referers none blocked www.example.com example.com;
if ($invalid_referer) {
return   403;
}
}

8、在防火墙级限制每个IP的连接数

网络服务器必须监视连接和每秒连接限制。PF和Iptales都能够在进入你的Nginx服务器之前阻止最终用户的访问。
Linux Iptables:限制每次Nginx连接数
下面的例子会阻止来自一个IP的60秒钟内超过15个连接端口80的连接数。

# /sbin/iptables -A INPUT -p tcp –dport 80 -i eth0 -m state –state NEW -m recent –set
# sbin/iptables -A INPUT -p tcp –dport 80 -i eth0 -m state –state NEW -m recent –update –seconds 60  –hitcount 15 -j DROP
service iptables save

我设置同一个IP 60秒内只允许10个Nginx链接。

9：配置操作系统保护Web服务器

Nginx程序一般以用户nginx运行。但是根目录（/nginx或者/usr /local/nginx/html）不应该设置属于用户nginx或对用户nginx可写。找出错误权限的文件可以使用如下命令：

# find /nginx -user nginx
# find /usr/local/nginx/html -user nginx

确保你更所有权为root或其它用户，一个典型的权限设置

/usr/local/nginx/html/
ls -l /usr/local/nginx/html/

示例输出：

-rw-r–r– 1 root root 925 Jan  3 00:50 error4xx.html
-rw-r–r– 1 root root  52 Jan  3 10:00 error5xx.html
-rw-r–r– 1 root root 134 Jan  3 00:52 index.html

删除由vi或其它文本编辑器创建的备份文件：

# find /nginx -name ‘.?*’ -not -name .ht* -or -name ‘*~’ -or -name ‘*.bak*’ -or -name ‘*.old*’
# find /usr/local/nginx/html/ -name ‘.?*’ -not -name .ht* -or -name ‘*~’ -or -name ‘*.bak*’ -or -name ‘*.old*’

通过find命令的-delete选项来删除这些文件。