Nginx

GreenBean·2021년 11월 5일
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Nginx

Web Service Architecture

Web Server

  • Web Server의 개념
    • 소프트웨어와 하드웨어로 구분
    • 하드웨어 : Web 서버가 설치되어 있는 컴퓨터
    • 소프트웨어 : 웹 브라우저 클라이언트로부터 HTTP 요청을 받아 정적인 컨텐츠(.html .jpeg .css 등)를 제공하는 컴퓨터 프로그램
  • Web Server의 기능
    • HTTP 프로토콜을 기반으로 하여 클라이언트(웹 브라우저 또는 웹 크롤러)의 요청을 서비스하는 기능을 담당하며, 요청에 따라 아래의 두 가지 기능 중 적절하게 선택하여 수행
    • 기능 1
      • 정적인 컨텐츠 제공
      • WAS를 거치지 않고 바로 자원을 제공
    • 기능 2
      • 동적인 컨텐츠 제공을 위한 요청 전달
      • 클라이언트의 요청(Request)을 WAS에 보내고, WAS가 처리한 결과를 클라이언트에게 전달(응답, Response)
      • 클라이언트는 일반적으로 웹 브라우저를 의미
  • Web Server의 예
    • Nginx, Apache Server, IIS(Windows 전용 Web 서버) 등

WAS (Web Application Server)

  • WAS의 개념
    • WAS는 Web Server와 Web Container가 합쳐진 형태로서, 웹 서버 단독으로는 처리할 수 없는 데이터베이스의 조회나 다양한 로직 처리가 필요한 동적 컨텐츠를 제공하는 덕분에 사용자의 다양한 요구에 맞춰 웹 서버리를 제공할 수 있음
    • DB 조회나 다양한 로직 처리를 요구하는 동적인 컨텐츠를 제공하기 위해 만들어진 Application Server
    • HTTP를 통해 컴퓨터나 장치에 애플리케이션을 수행해주는 미들웨어(소프트웨어 엔진)
    • JSP, Servlet 구동환경을 제공해주기 때문에 “웹 컨테이너(Web Container)” 혹은 “서블릿 컨테이너(Servlet Container)”라고도 불림
      • Container란 JSP, Servlet을 실행시킬 수 있는 소프트웨어를 말함
      • 즉, WAS는 JSP, Servlet 구동 환경을 제공
  • WAS의 역할
    • WAS = Web Server + Web Container
    • Web Server 기능들을 구조적으로 분리하여 처리하고자하는 목적으로 제시
      • 분산 트랜잭션, 보안, 메시징, 쓰레드 처리 등의 기능을 처리하는 분산 환경에서 사용
      • 주로 DB 서버와 같이 수행
    • 현재는 WAS가 가지고 있는 Web Server도 정적인 컨텐츠를 처리하는 데 있어서 성능상 큰 차이가 없음
  • WAS의 주요 기능
    • 프로그램 실행 환경과 DB 접속 기능 제공
    • 여러 개의 트랜잭션(논리적인 작업 단위) 관리 기능
    • 업무를 처리하는 비즈니스 로직 수행
  • WAS의 예
    • NodeJS, Tomcat, JBoss, Jeus, Web Sphere 등

개념 요약

  • Web Server : 단순히 정적 파일을 응답
  • WAS (Web Application Server) : 클라이언트 요청에 대해 동적인 처리가 이뤄진 후 응답

Web Server와 WAS를 구분하는 이유

  • Web Server가 필요한 이유?
    • 클라이언트(웹 브라우저)에 이미지 파일(정적 컨텐츠)을 보내는 과정을 생각해보자
      • 이미지 파일과 같은 정적인 파일들은 웹 문서(HTML 문서)가 클라이언트로 보내질 때 함께 가는 것이 아님
      • 클라이언트는 HTML 문서를 먼저 받고 그에 맞게 필요한 이미지 파일들을 다시 서버로 요청하면 그때서야 이미지 파일을 받아옴
      • Web Server를 통해 정적인 파일들을 Application Server까지 가지 않고 앞단에서 빠르게 보내줄 수 있음
    • 따라서 Web Server에서는 정적 컨텐츠만 처리하도록 기능을 분배하여 서버의 부담을 줄일 수 있음
  • WAS가 필요한 이유?
    • 웹 페이지는 정적 컨텐츠와 동적 컨텐츠가 모두 존재
      • 사용자의 요청에 맞게 적절한 동적 컨텐츠를 만들어서 제공해야 함
      • 이때, Web Server만을 이용한다면 사용자가 원하는 요청에 대한 결과값을 모두 미리 만들어 놓고 서비스를 해야 함
      • 하지만 이렇게 수행하기에는 자원이 절대적으로 부족
    • 따라서 WAS를 통해 요청에 맞는 데이터를 DB에서 가져와서 비즈니스 로직에 맞게 그때 그때 결과를 만들어서 제공함으로써 자원을 효율적으로 사용할 수 있음
  • 그렇다면 WAS가 Web Server의 기능도 모두 수행하면 되지 않을까?
    • 기능을 분리하여 서버 부하 방지
      • WAS는 DB 조회나 다양한 로직을 처리하느라 바쁘기 때문에 단순한 정적 컨텐츠는 Web Server에서 빠르게 클라이언트에 제공하는 것이 좋음
      • WAS는 기본적으로 동적 컨텐츠를 제공하기 위해 존재하는 서버
      • 만약 정적 컨텐츠 요청까지 WAS가 처리한다면 정적 데이터 처리로 인해 부하가 커지게 되고, 동적 컨텐츠의 처리가 지연됨에 따라 수행 속도가 느려짐
      • 즉, 이로 인해 페이지 노출 시간이 늘어나게 될 것
    • 물리적으로 분리하여 보안 강화
      • SSL에 대한 암복호화 처리에 Web Server를 사용
    • 여러 대의 WAS를 연결 가능
      • Load Balancing을 위해서 Web Server를 사용
      • fail over(장애 극복), fail back 처리에 유리
      • 특히 대용량 웹 어플리케이션의 경우(여러 개의 서버 사용) Web Server와 WAS를 분리하여 무중단 운영을 위한 장애 극복에 쉽게 대응할 수 있음
      • 예를 들어, 앞 단의 Web Server에서 오류가 발생한 WAS를 이용하지 못하도록 한 후 WAS를 재시작함으로써 사용자는 오류를 느끼지 못하고 이용할 수 있음
    • 여러 웹 어플리케이션 서비스 가능
      • 예를 들어, 하나의 서버에서 PHP Application과 Java Application을 함께 사용하는 경우
    • 기타
      • 접근 허용 IP 관리, 2대 이상의 서버에서의 세션 관리 등도 Web Server에서 처리하면 효율적
  • 즉, 자원 이용의 효율성 및 장애 극복, 배포 및 유지보수의 편의성 을 위해 Web Server와 WAS를 분리
  • Web Server를 WAS 앞에 두고 필요한 WAS들을 Web Server에 플러그인 형태로 설정하면 더욱 효율적인 분산 처리가 가능

동작 과정

  1. Web Server는 웹 브라우저 클라이언트(사용자)로부터 HTTP 요청을 받음
  2. Web Server는 클라이언트의 요청(Request)을 WAS에 보냄
  3. WAS는 관련된 Servlet을 메모리에 올림
  4. WAS는 web.xml을 참조하여 해당 Servlet에 대한 Thread를 생성 (Tread Pool 이용)
  5. HttpServletRequest와 HttpServletResponse 객체를 생성하여 Servlet에 전달
    5-1. Thread는 Servlet의 service() 메서드를 호출
    5-2. service() 메서드는 요청에 맞게 doGet() 또는 doPost() 메서드를 호출
  6. protected doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
  7. doGet() 또는 doPost() 메서드는 인자에 맞게 생서된 적절한 동적 페이지를 Response 객체에 담아 WAS에 전달
  8. WAS는 Response 객체를 HttpResponse 형태로 바꾸어 Web Server에 전달
  9. 생성된 Thread를 종료하고 HttpServletRequest와 HttpServletResponse 객체를 제거

Servlet과 JSP의 개념

(하는 일은 동일) 기능의 차이는 없고 역할의 차이만 존재

Servlet이란?

  • 웹 기반의 요청에 대한 동적인 처리가 가능한 Server Side에서 돌아가는 Java Program
  • Java 코드 안에 HTML 코드 (하나의 클래스)
  • 웹 개발을 위해 만든 표준

JSP란?

  • Java 언어를 기반으로 하는 Server Side 스크립트 언어
  • HTML 코드 안에 Java 코드
  • Servlet를 보완하고 기술을 확장한 스크립트 방식 표준
    • Servlet의 모든 기능 + 추가적인 기능

Servlet과 JSP의 차이

  • Servlet
    • Java 코드 안에 HTML 코드 (하나의 클래스)
    • data processing(Controller)에 좋음
    • 즉 DB와의 통신, Business Logic 호출, 데이터를 읽고 확인하는 작업 등에 유용
    • Servlet이 수정된 경우 Java 코드를 컴파일(.class 파일 생성)한 후 동적인 페이지를 처리하기 때문에 전체 코드를 업데이트하고 다시 컴파일한 후 재배포하는 작업이 필요 (개발 생산성 저하)
  • JSP
    • HTML 코드 안에 Java 코드
    • presentation(View)에 좋음
    • 즉 요청 결과를 나타내는 HTML 작성하는데 유용하다.
    • JSP가 수정된 경우 재배포할 필요가 없이 WAS가 알아서 처리 (쉬운 배포)

Nginx란?

[Nginx] (1/2) 도대체 뭐길래 카카오, 네이버에서 사용할까

Nginx는 간단하게 말하자면 경량 Web Server

클라이언트로부터 요청을 받았을 때 요청에 맞는 정적 파일을 응답해주는 HTTP Web Server로 활용되기도 하고, Reverse Proxy Server로 활용하여 WAS 서버의 부하를 줄일 수 있는 로드 밸런서로 활용되기도 함

  • Web Server는 무엇일까?
    • Web Server란 이미지, 동영상, 자바스크립트, HTML, 등 다양한 문서를 제공하는 서버 시스템
    • 주로 HTTP 통신 프로토콜을 통해 리소스를 전달하지만 FTP, SMTP 와 같은 다른 프로토콜도 지원하는 것이 대부분
  • Web Server의 역할은?
    • 데이터 전송
      • HTML 텍스트 파일을 비롯하여 이미지나 음성 데이터 같은 정적인 컨텐츠를 웹 클라이언트에 전송
      • 이를 이용하면 최근 유행하는 클라이언트 사이드 랜더링(React, Vue, Angular 등)에 의해 생성된 빌드 파일(정적 파일)을 제공할 수 있음
    • 어플리케이션 실행
      • 위 아키텍처와는 다르게 Web Server 내에 PHP 와 같은 모듈을 내장해서 Web Server가 직접 Application Server 를 실행할 수 있음
      • 이를 이용해 이미지 압축 등의 기능을 사용할 수 있게 됨
    • 프록시 처리
      • 클라이언트의 요청을 Application Server 로 전달하는 역할을 함
      • 이를 이용해 캐시 처리를 할 수 있고 로드 밸런싱 기능, 암호화 기능 등 처리할 수 있으며, Web Server가 사용되는 가장 큰 이유 중 하나이기도 함

Nginx를 사용하는 이유?

  • 빠름
  • 리버스 프록시(Reverse Proxy)로 사용 가능
  • SSL 지원
  • 웹페이지 접근 인증
  • 압축
  • 비동기 처리

Nginx 특징

  • nginx의 가장 큰 특징은 비동기 Event Driven 에 의한 Non Blocking 처리를 한다는 것
    • 그에 따라 동시 접속 수가 늘어날수록 물리 메모리가 증가하는 프로세스 기반의 apache 서버에 비해 소비 메모리량이 적어지면서 동시 처리수를 급격하게 늘릴 수 있음
    • 또한 single Thread 기반으로 Master / worker 프로세스 구동 방식을 채택하여 context switching 를 하지 않기 때문에 CPU 사용률을 감소시킬 수 있음
      • nginx는 하나의 Master Process와 다수의 Worker Process로 구성되어 실행
      • Master Process는 설정 파일을 읽고 유효성을 검사하며 Worker Process를 관리
      • 모든 요청은 Worker Process에서 처리
      • nginx는 이벤트 기반 모델을 사용하고, Worker Process 사이에 요청을 효율적으로 분배하기 위해 OS에 의존적인 메커니즘을 사용
      • Worker Process의 개수는 설정 파일에서 정의되며, 정의된 프로세스 개수와 사용 가능한 CPU 코어 숫자에 맞게 자동으로 조정됨

  • 다만 결국 하드웨어 자원을 사용하는 것이므로 nginx 에서 읽기/쓰기가 자주 일어난다면 apache가 더 좋을 수도 있음
    • 하지만 대부분의 Web Server에서는 하드웨어 읽기가 발생하지 않는 캐시 제공, 리버스 프록시 서버, 로드 벨런서 등의 역할을 주로 담당하게 되므로 최근들어 더 자주 사용된다고 생각할 수 있음
  • 그 외에도 nginx는 여러 기능을 모듈 단위로 개발하여 nginx를 컴파일할 때 필요한 모듈들만 조합해서 사용할 수 있음

Nginx 설정

  • nginx 모듈의 동작은 configuration 파일에 있는 지시어(directives)에 의해 제어
    • 지시어는 simple directive와 block directive 두 가지 종류가 있음
  • simple directive
    • 이름, 값이 있고 세미콜론(;)으로 끝남
worker_process 1;
  • block directive
    • simple directive의 구조에 블록("{", "}")을 감싼 형태의 지시어
    • block directive는 해당 지시어 안에 또 다른 block directive가 포함될 수 있음
events {
    worker_connections  1024;
}
http {
  server {

    location / {
      root /path/to/html ;
    }

    location /images/ {
      root /path/to/image ;
    }

  }
}
  • include 지시어
    • 특정 파일을 포함하는 기능을 수행
    • 파일의 내용은 지시어가 있는 바로 그 위치에 해당 파일 내용이 삽입됨
http {
    # mime.types 파일을 읽어들인다. (단일 파일을 include)
    include       /etc/nginx/mime.types;

    # /etc/nginx/conf.d 디렉토리 아래 있는 .conf 파일을 모두 읽어 들임 (특정 디렉토리의 모든 파일을 include)
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}
  • 지시어 값에서 사용되는 약자
k 또는 K : 킬로바이트
m 또는 M : 메가바이트
ms : 밀리초
s : 초
m : 분
h : 시
d : 일
w : 주
M : 월(30일)
y : 연(365일)

# 아래의 세 지시어는 모두 같은 값을 가짐
# 시간의 기본 단위는 초
client_body_timeout 3m;
client_body_timeout 180s;
client_body_timeout 180;
  • 문자열 값
    • 지시어 값으로 사용되는 문자열 값은 ' 또는 " 을 사용하지 않고 문자열을 나타낼 수 있음
    • 하지만 공백 문자, 세미 콜론(;), 중괄호 등 특수문자를 사용하기 위해서는 ' 또는 " 으로 문자열을 감싸서 지시어를 선언해야 함

메인 설정 예시 

# worker 프로세스를 실행할 사용자 설정
# - 이 사용자에 따라 권한이 달라질 수 있다.
user  nginx;
# 실행할 worker 프로세스 설정
# - 서버에 장착되어 있는 코어 수 만큼 할당하는 것이 보통, 더 높게도 설정 가능
worker_processes  1;

# 오류 로그를 남길 파일 경로 지정
error_log  /var/log/nginx/error.log warn;
# NGINX 마스터 프로세스 ID 를 저장할 파일 경로 지정
pid        /var/run/nginx.pid;


# 접속 처리에 관한 설정을 한다.
events {
    # 워커 프로레스 한 개당 동시 접속 수 지정 (512 혹은 1024 를 기준으로 지정)
    worker_connections  1024;
}

# 웹, 프록시 관련 서버 설정
http {
    # mime.types 파일을 읽어들인다.
    include       /etc/nginx/mime.types;
    # MIME 타입 설정
    default_type  application/octet-stream;

    # 엑세스 로그 형식 지정
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    # 엑세스 로그를 남길 파일 경로 지정
    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    # sendfile api 를 사용할지 말지 결정
    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    # 접속시 커넥션을 몇 초동안 유지할지에 대한 설정
    keepalive_timeout  65;

    # (추가) nginx 버전을 숨길 수 있다. (보통 아래를 사용해서 숨기는게 일반적)
    server_tokens off

    #gzip  on;

    # /etc/nginx/conf.d 디렉토리 아래 있는 .conf 파일을 모두 읽어 들임
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}
  • http 블록
    • http 블록은 HTTP 부분과 관련된 모듈의 지시어와 블록을 정의하며, server와 location의 루트 블록이라고 할 수 있음
    • http, server, location 블록은 계층 구조를 가지고 있음
    • 많은 지시어가 각 블록에서 동시에 사용될 수 있는데, http 블록의 내용은 server 블록의 기본값이 되고, server 블록의 내용은 location 블록의 기본값이 됨
    • 만약 상위 블록에서 선언된 지시어를 하위 블록에서 다시 선언하면 상위의 지시어는 무시됨
    • http 블록 안에 한 개 이상의 server 블록을 선언할 수 있음
  • server 블록
    • server 블록은 하나의 호스트를 선언하는데 사용하며, http 블록 안에서만 사용할 수 있음
    • server 블록에는 한 개 이상의 location 블록을 선언할 수 있음
  • location 블록
    • location 블록에는 server 블록 안에 정의되며, 특정 URL을 처리하는 방법을 정의
    • 예를 들면 http://example.com/hello/1 과 http://example.com/world/1 접근하는 요청을 다르게 처리하고 싶을 때 사용
  • events 블록
    • events 블록은 네트워크의 작동 환경을 설정하는 지시어를 제공
    • events 블록의 지시어는 events 블록에서만 사용할 수 있고, http, server, local 블록과는 상속 관계를 갖지 않음
    • 아래의 지시어들은 반드시 events 블록 안에서만 사용해야 함

events 블록 안에서만 사용해야 하는 지시어

  • accept_mutex
    • accept_mutex on;
    • LISTEN 소켓을 오픈하기 위한 accept 뮤텍스의 사용/해제를 설정
  • accept_mutex_delay
    • accept_mutex_delay 500ms;
    • 자원 획득을 다시 시도하기 전에 작업자 프로세스가 기다려야 하는 시간을 정의
    • accept_mutex 지시어가 off 로 설정되어 있으면 이 값은 사용되지 않음
  • worker_connections
    • worker_connections 1024;
    • Worker Process 가 동시에 처리할 수 있는 접속자 수를 정의
      • worker_processes * worker_connections = 최대 접속자 수

Reverse Proxy 설정

nginx는 리버스 프록시로도 활용할 수 있음

  • 리버스 프록시란 외부 클라이언트에서 서버로 접근 시, 중간에서 중개자 역할을 하여 내부 서버로 접근할 수 있도록 도와주는 서버
  • 리버스 프록시를 활용했을 때 얻을 수 있는 장점
    • 보안
      • 외부 사용자로부터 내부망에 있는 서버의 존재를 숨길 수 있음
      • 모든 요청은 리버스 프록시 서버에서 받으며, 매핑되는 내부 서버로 요청을 전달하며 nginx는 SSL 설정도 가능
    • 로드밸런싱
      • 리버스 프록시 서버가 내부 서버에 대한 정보를 알고 있으므로, 각 서버의 상태에 따라 부하를 분산시키며 요청을 전달할 수 있음
http {
    server {
        listen 80;
        location / {
            proxy_pass http://127.0.0.1:8081;
        }
    }
}
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🌱 Backend-Dev | hwaya2828@gmail.com
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