Nginx服務器中l(wèi)ocation配置的一些基本要點解析

更新時間：2015年12月30日 11:26:05 作者：fengmo_q

這篇文章主要介紹了Nginx服務器中l(wèi)ocation配置的一些基本要點解析,特別對管理以及查找匹配作出了詳細的講解,需要的朋友可以參考下

在這一篇文章里，我將介紹nginx關于location的處理，大家都知道Nginx配置文件里面會有很多的location，nginx的配置指令的作用域可以分為 main，server，location這3個種，實際上這3者不是依次包含的關系，而是相互獨立的關系，比如一個只具有main級別作用域的指令，是不能寫在某個server或者location內(nèi)的，模塊的某個指令可以同時具有main，server，location這3種作用域，另外每個模塊有 main,srv,loc這3個級別的配置，一個模塊的main級別的配置對所有的server和location都是共享的，srv級別的配置對所有 location都是共享的，location只有自己獨立的loc級別的配置，這就是為什么一個模塊的srv和loc級別的配置需要merge，而 main級別的配置不需要merge的原因。這里看起來有點繞，區(qū)分一下main，server，location分別作為一種作用域級別和一個主體，類似于形容詞和名字的區(qū)別，nginx的配置關系還是不難理解的。

一般來說一個請求url過來，nginx會將它解析到某一個location來處理。這個解析的過程實際上根據(jù)location的配置基本可以分為字符串匹配和正則表達式匹配這2種。對于location的組織方式，最簡單的就是直接將它們保存為一個鏈表，解析url的時候一個一個遍歷即可找到相應location，但是這樣效率太低，對像nginx這種高性能的服務器來說是完全不可取的，nginx將字符串匹配的location組織成了一個三叉的字符串排序樹，而且建立的時候也考慮了樹的平衡性。文章后面我講詳細介紹源碼的實現(xiàn)。

首先我來大概的介紹一下location的種類和匹配規(guī)則，以nginx wiki(http://wiki.nginx.org/HttpCoreModule#location)的例子做說明：

location = / { 
 # matches the query / only. 
 [ configuration A ]  
} 
location / { 
 # matches any query, since all queries begin with /, but regular 
 # expressions and any longer conventional blocks will be 
 # matched first. 
 [ configuration B ]  
} 
location ^~ /images/ { 
 # matches any query beginning with /images/ and halts searching, 
 # so regular expressions will not be checked. 
 [ configuration C ]  
} 
location ~* \.(gif|jpg|jpeg)$ { 
 # matches any request ending in gif, jpg, or jpeg. However, all 
 # requests to the /images/ directory will be handled by 
 # Configuration C.   
 [ configuration D ]  
} 
 
location @named { 
 # Such locations are not used during normal processing of requests,  
 # they are intended only to process internally redirected requests (for example error_page, try_files). 
 [ configuration E ]  
}

可以看到上面的例子中有5種不同類型的location，其中第4個帶 “~” 號前綴的為需要正則匹配的location，nginx在進行url解析時對這5種不同類型的location具有不同的優(yōu)先級規(guī)則，大致的規(guī)則如下：

1，字符串精確匹配到一個帶 “=” 號前綴的location，則停止，且使用這個location的配置；

2，字符串匹配剩下的非正則和非特殊location，如果匹配到某個帶 "^~" 前綴的location，則停止；

3，正則匹配，匹配順序為location在配置文件中出現(xiàn)的順序。如果匹配到某個正則location，則停止，并使用這個location的配置；否則，使用步驟2中得到的具有最大字符串匹配的location配置。

例如，對下面的請求有:

1， / -> 精確匹配到第1個location，匹配停止，使用configuration A
2，/some/other/url -> 首先前綴部分字符串匹配到了第2個location，然后進行正則匹配，顯然沒有匹配上，則使用第2個location的配置configurationB
3，/images /1.jpg -> 首先前綴部分字符串匹配到了第2個location，但是接著對第3個location也前綴匹配上了，而且這時已經(jīng)是配置文件里面對這個url的最大字符串匹配了，并且location帶有 "^~" 前綴，則不再進行正則匹配，最終使用configuration C
4，/some/other/path/to/1.jpg -> 首先前綴部分同樣字符串匹配到了第2個location，然后進行正則匹配，這時正則匹配成功，則使用congifuration D

nginx的url匹配規(guī)則實際上有點不妥，大部分情況下一個url必須先進行字符串匹配，然后再做正則匹配，但是實際上如果先做正則匹配，沒有匹配上再做字符串匹配，在很多情況下可以節(jié)省掉做字符串匹配的時間。不管怎樣，先來看一下nginx源碼里面的實現(xiàn)，在介紹匹配location過程之前，先來介紹一下nginx里面對location的組織方式，實際上在配置解析階段，nginx將字符串匹配的location和正則匹配的location分別存儲在http core模塊的loc配置ngx_http_core_loc_conf_t結(jié)構(gòu)的下面2個字段：

ngx_http_location_tree_node_t  *static_locations; 
(NGX_PCRE) 
ngx_http_core_loc_conf_t    **regex_locations; 
if

從這2個字段的類型可以看出，字符串匹配的location被組織成了一個location tree，而正則匹配的location只是一個數(shù)組，

location tree和regex_locations數(shù)組建立過程在ngx_http_block中：
/* create location trees */ 
 
  for (s = 0; s < cmcf->servers.nelts; s++) { 
 
    clcf = cscfp[s]->ctx->loc_conf[ngx_http_core_module.ctx_index]; 
 
    if (ngx_http_init_locations(cf, cscfp[s], clcf) != NGX_OK) { 
      return NGX_CONF_ERROR; 
    } 
 
    if (ngx_http_init_static_location_trees(cf, clcf) != NGX_OK) { 
      return NGX_CONF_ERROR; 
    } 
  }

經(jīng)過配置的讀取之后，所有server都被保存在http core模塊的main配置中的servers數(shù)組中，而每個server里面的location都被按配置中出現(xiàn)的順序保存在http core模塊的loc配置的locations隊列中，上面的代碼中先對每個server的location進行排序和分類處理，這一步發(fā)生在 ngx_http_init_location()函數(shù)中：

static ngx_int_t 
ngx_http_init_locations(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_srv_conf_t *cscf, 
  ngx_http_core_loc_conf_t *pclcf) 
{ 
 ... 
  locations = pclcf->locations; 
 
 ... 
  /* 按照類型排序location，排序完后的隊列： (exact_match 或 inclusive) (排序好的，如果某個exact_match名字和inclusive location相同，exact_match排在前面) 
    | regex（未排序）| named(排序好的) | noname（未排序）*/ 
  ngx_queue_sort(locations, ngx_http_cmp_locations); 
 
  named = NULL; 
  n = 0; 
#if (NGX_PCRE) 
  regex = NULL; 
  r = 0; 
#endif 
 
  for (q = ngx_queue_head(locations); 
     q != ngx_queue_sentinel(locations); 
     q = ngx_queue_next(q)) 
  { 
    lq = (ngx_http_location_queue_t *) q; 
 
    clcf = lq->exact ? lq->exact : lq->inclusive; 
    /* 由于可能存在nested location，也就是location里面嵌套的location，這里需要遞歸的處理一下當前l(fā)ocation下面的nested location */ 
    if (ngx_http_init_locations(cf, NULL, clcf) != NGX_OK) { 
      return NGX_ERROR; 
    } 
 
#if (NGX_PCRE) 
 
    if (clcf->regex) { 
      r++; 
 
      if (regex == NULL) { 
        regex = q; 
      } 
 
      continue; 
    } 
 
#endif 
 
    if (clcf->named) { 
      n++; 
 
      if (named == NULL) { 
        named = q; 
      } 
 
      continue; 
    } 
 
    if (clcf->noname) { 
      break; 
    } 
  } 
 
  if (q != ngx_queue_sentinel(locations)) { 
    ngx_queue_split(locations, q, &tail); 
  } 
  /* 如果有named location，將它們保存在所屬server的named_locations數(shù)組中 */ 
  if (named) { 
    clcfp = ngx_palloc(cf->pool, 
              (n + 1) * sizeof(ngx_http_core_loc_conf_t **)); 
    if (clcfp == NULL) { 
      return NGX_ERROR; 
    } 
 
    cscf->named_locations = clcfp; 
 
    for (q = named; 
       q != ngx_queue_sentinel(locations); 
       q = ngx_queue_next(q)) 
    { 
      lq = (ngx_http_location_queue_t *) q; 
 
      *(clcfp++) = lq->exact; 
    } 
 
    *clcfp = NULL; 
 
    ngx_queue_split(locations, named, &tail); 
  } 
 
#if (NGX_PCRE) 
  /* 如果有正則匹配location，將它們保存在所屬server的http core模塊的loc配置的regex_locations 數(shù)組中， 
    這里和named location保存位置不同的原因是由于named location只能存在server里面，而regex location可以作為nested location */ 
  if (regex) { 
 
    clcfp = ngx_palloc(cf->pool, 
              (r + 1) * sizeof(ngx_http_core_loc_conf_t **)); 
    if (clcfp == NULL) { 
      return NGX_ERROR; 
    } 
 
    pclcf->regex_locations = clcfp; 
 
    for (q = regex; 
       q != ngx_queue_sentinel(locations); 
       q = ngx_queue_next(q)) 
    { 
      lq = (ngx_http_location_queue_t *) q; 
 
      *(clcfp++) = lq->exact; 
    } 
 
    *clcfp = NULL; 
 
    ngx_queue_split(locations, regex, &tail); 
  } 
 
#endif 
 
  return NGX_OK; 
}

上面的步驟將正則匹配的location保存好了，location tree的建立在ngx_http_init_static_location_trees中進行：

static ngx_int_t 
ngx_http_init_static_location_trees(ngx_conf_t *cf, 
  ngx_http_core_loc_conf_t *pclcf) 
{ 
  ngx_queue_t        *q, *locations; 
  ngx_http_core_loc_conf_t  *clcf; 
  ngx_http_location_queue_t *lq; 
 
  locations = pclcf->locations; 
 
  if (locations == NULL) { 
    return NGX_OK; 
  } 
 
  if (ngx_queue_empty(locations)) { 
    return NGX_OK; 
  } 
  /* 這里也是由于nested location，需要遞歸一下 */ 
  for (q = ngx_queue_head(locations); 
     q != ngx_queue_sentinel(locations); 
     q = ngx_queue_next(q)) 
  { 
    lq = (ngx_http_location_queue_t *) q; 
 
    clcf = lq->exact ? lq->exact : lq->inclusive; 
 
    if (ngx_http_init_static_location_trees(cf, clcf) != NGX_OK) { 
      return NGX_ERROR; 
    } 
  } 
  /* join隊列中名字相同的inclusive和exact類型location，也就是如果某個exact_match的location名字和普通字符串匹配的location名字相同的話， 
    就將它們合到一個節(jié)點中，分別保存在節(jié)點的exact和inclusive下，這一步的目的實際是去重，為后面的建立排序樹做準備 */ 
  if (ngx_http_join_exact_locations(cf, locations) != NGX_OK) { 
    return NGX_ERROR; 
  } 
  /* 遞歸每個location節(jié)點，得到當前節(jié)點的名字為其前綴的location的列表，保存在當前節(jié)點的list字段下 */ 
  ngx_http_create_locations_list(locations, ngx_queue_head(locations)); 
 
  /* 遞歸建立location三叉排序樹 */ 
  pclcf->static_locations = ngx_http_create_locations_tree(cf, locations, 0); 
  if (pclcf->static_locations == NULL) { 
    return NGX_ERROR; 
  } 
 
  return NGX_OK; 
}

經(jīng)過ngx_http_init_location（）函數(shù)處理之后，locations隊列已經(jīng)是排好序的了，建立三叉樹的過程的主要工作都在ngx_http_create_locations_list()和ngx_http_create_locations_tree()中完成，這2個函數(shù)都是遞歸函數(shù)，第1個函數(shù)遞歸locations隊列中的每個節(jié)點，得到以當前節(jié)點的名字為前綴的location，并保存在當前節(jié)點的list字段下，例如，對下列l(wèi)ocation：

location /xyz { 
 
} 
 
location = /xyz { 
 
} 
location /xyza { 
 
} 
 
location /xyzab { 
 
} 
location /xyzb { 
 
} 
location /abc { 
 
} 
location /efg { 
 
} 
location /efgaa { 
 
}

排序的結(jié)果為/abc /efg /efgaa =/xyz /xyz /xyza /xyzab /xyzb，去重后結(jié)果為 /abc /efg /efgaa /xyz /xyza /xyzab/xyzb，ngx_http_create_locations_list()執(zhí)行后的結(jié)果為：

20151230112357918.gif (657×342)

最后，來看下ngx_http_create_locations_tree函數(shù)：

static ngx_http_location_tree_node_t * 
ngx_http_create_locations_tree(ngx_conf_t *cf, ngx_queue_t *locations, 
  size_t prefix) 
{ 
  ... 
  /* 根節(jié)點為locations隊列的中間節(jié)點 */ 
  q = ngx_queue_middle(locations); 
 
  lq = (ngx_http_location_queue_t *) q; 
  len = lq->name->len - prefix; 
   
  node = ngx_palloc(cf->pool, 
           offsetof(ngx_http_location_tree_node_t, name) + len); 
  if (node == NULL) { 
    return NULL; 
  } 
 
  node->left = NULL; 
  node->right = NULL; 
  node->tree = NULL; 
  node->exact = lq->exact; 
  node->inclusive = lq->inclusive; 
 
  node->auto_redirect = (u_char) ((lq->exact && lq->exact->auto_redirect) 
              || (lq->inclusive && lq->inclusive->auto_redirect)); 
 
  node->len = (u_char) len; 
  ngx_memcpy(node->name, &lq->name->data[prefix], len); 
 
  /* 從中間節(jié)點開始斷開 */ 
  ngx_queue_split(locations, q, &tail); 
 
  if (ngx_queue_empty(locations)) { 
    /* 
     * ngx_queue_split() insures that if left part is empty, 
     * then right one is empty too 
     */ 
    goto inclusive; 
  } 
 
  /* 從locations左半部分得到左子樹 */ 
  node->left = ngx_http_create_locations_tree(cf, locations, prefix); 
  if (node->left == NULL) { 
    return NULL; 
  } 
 
  ngx_queue_remove(q); 
 
  if (ngx_queue_empty(&tail)) { 
    goto inclusive; 
  } 
  
 
  /* 從locations右半部分得到右子樹 */ 
  node->right = ngx_http_create_locations_tree(cf, &tail, prefix); 
  if (node->right == NULL) { 
    return NULL; 
  } 
 
inclusive: 
 
  if (ngx_queue_empty(&lq->list)) { 
    return node; 
  } 
 
  /* 從list隊列得到tree子樹 */ 
  node->tree = ngx_http_create_locations_tree(cf, &lq->list, prefix + len); 
  if (node->tree == NULL) { 
    return NULL; 
  } 
 
  return node; 
} 
     location tree節(jié)點的ngx_http_location_tree_node_s結(jié)構(gòu)：
struct ngx_http_location_tree_node_s { 
  ngx_http_location_tree_node_t  *left; 
  ngx_http_location_tree_node_t  *right; 
  ngx_http_location_tree_node_t  *tree; 
 
  ngx_http_core_loc_conf_t    *exact; 
  ngx_http_core_loc_conf_t    *inclusive; 
 
  u_char              auto_redirect; 
  u_char              len; 
  u_char              name[1]; 
};

location tree結(jié)構(gòu)用到的是left，right，tree 這3個字段， location tree實際上是一個三叉的字符串排序樹，而且這里如果某個節(jié)點只考慮左，右子樹，它是一顆平衡樹，它的建立過程有點類似于一顆平衡排序二叉樹的建立過程，先排序再用二分查找找到的節(jié)點順序插入，ngx_http_location_tree_node_s的tree節(jié)點也是一顆平衡排序樹，它是用該節(jié)點由ngx_http_create_locations_list()得到的list建立的，也就是該節(jié)點的名字是它的tree子樹里面的所有節(jié)點名字的前綴，所以tree子樹里面的所有節(jié)點的名字不用保存公共前綴，而且查找的時候，如果是轉(zhuǎn)向tree節(jié)點的話，也是不需要再比較父節(jié)點的那段字符串了。
ngx_http_create_locations_tree()函數(shù)寫的很清晰，它有一個參數(shù)是隊列l(wèi)ocations，它返回一顆三叉樹，根節(jié)點為locations的中間節(jié)點，其左子樹為locations隊列的左半部分建立的location tree，右子樹為location隊列的右半部分建立的tree，tree節(jié)點為該根節(jié)點的list隊列建立的tree。

最終建立的location tree如下（為了方便閱讀，圖中列出了tree節(jié)點的完整名字）：

20151230112426476.gif (408×412)

PS：關于 location modifier
1. =
這會完全匹配指定的 pattern ，且這里的 pattern 被限制成簡單的字符串，也就是說這里不能使用正則表達式。

Example:
server {
  server_name jb51.net;
  location = /abcd {
  […]
  }
}

匹配情況：

  http://jb51.net/abcd    # 正好完全匹配
  http://jb51.net/ABCD    # 如果運行 Nginx server 的系統(tǒng)本身對大小寫不敏感，比如 Windows ，那么也匹配
  http://jb51.net/abcd?param1¶m2  # 忽略查詢串參數(shù)（query string arguments），這里就是 /abcd 后面的 ?param1¶m2
  http://jb51.net/abcd/  # 不匹配，因為末尾存在反斜杠（trailing slash），Nginx 不認為這種情況是完全匹配
  http://jb51.net/abcde  # 不匹配，因為不是完全匹配

2. (None)
可以不寫 location modifier ，Nginx 仍然能去匹配 pattern 。這種情況下，匹配那些以指定的 patern 開頭的 URI，注意這里的 URI 只能是普通字符串，不能使用正則表達式。

Example:
server {
  server_name jb51.net;
  location /abcd {
  […]
  }
}

匹配情況：

  http://jb51.net/abcd    # 正好完全匹配
  http://jb51.net/ABCD    # 如果運行 Nginx server 的系統(tǒng)本身對大小寫不敏感，比如 Windows ，那么也匹配
  http://jb51.net/abcd?param1¶m2  # 忽略查詢串參數(shù)（query string arguments），這里就是 /abcd 后面的 ?param1¶m2
  http://jb51.net/abcd/  # 末尾存在反斜杠（trailing slash）也屬于匹配范圍內(nèi)
  http://jb51.net/abcde  # 仍然匹配，因為 URI 是以 pattern 開頭的

3. ~
這個 location modifier 對大小寫敏感，且 pattern 須是正則表達式

Example:
server {
  server_name jb51.net;
  location ~ ^/abcd$ {
  […]
  }
}

匹配情況：

  http://jb51.net/abcd    # 完全匹配
  http://jb51.net/ABCD    # 不匹配，~ 對大小寫是敏感的
  http://jb51.net/abcd?param1¶m2  # 忽略查詢串參數(shù)（query string arguments），這里就是 /abcd 后面的 ?param1¶m2
  http://jb51.net/abcd/  # 不匹配，因為末尾存在反斜杠（trailing slash），并不匹配正則表達式 ^/abcd$
  http://jb51.net/abcde  # 不匹配正則表達式 ^/abcd$

注意：對于一些對大小寫不敏感的系統(tǒng)，比如 Windows ，~ 和 ~* 都是不起作用的，這主要是操作系統(tǒng)的原因。

4. ~*
與 ~ 類似，但這個 location modifier 不區(qū)分大小寫，pattern 須是正則表達式

Example:
server {
  server_name jb51.net;
  location ~* ^/abcd$ {
  […]
  }
}

匹配情況：

 http://jb51.net/abcd    # 完全匹配
  http://jb51.net/ABCD    # 匹配，這就是它不區(qū)分大小寫的特性
  http://jb51.net/abcd?param1¶m2  # 忽略查詢串參數(shù)（query string arguments），這里就是 /abcd 后面的 ?param1¶m2
  http://jb51.net/abcd/  # 不匹配，因為末尾存在反斜杠（trailing slash），并不匹配正則表達式 ^/abcd$
  http://jb51.net/abcde  # 不匹配正則表達式 ^/abcd$

5. ^~
匹配情況類似 2. (None) 的情況，以指定匹配模式開頭的 URI 被匹配，不同的是，一旦匹配成功，那么 Nginx 就停止去尋找其他的 Location 塊進行匹配了（與 Location 匹配順序有關）

6. @
用于定義一個 Location 塊，且該塊不能被外部 Client 所訪問，只能被 Nginx 內(nèi)部配置指令所訪問，比如 try_files or error_page

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