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Nginx平滑升级（热部署）详解（附带实例）

平滑升级在企业中应用的次数并不频繁，但是作为 Linux 运维工程师，也必须掌握。

Nginx 从 2002 年问世至今，越来越流行，用户也越来越广泛，同时在社区和开发人员的维护下，Nginx 版本的升级迭代也开启了加速模式，下图是 Nginx 版本更新发布记录，从图中可以看到，基本上一个月就要更新四五次。

图 1 Nginx版本更新发布记录

大家试想一下，一旦一个增加了重要功能或者修复严重 Bug 的版本发布，用户大概率会更新这个版本，而且随着版本升级的频率越来越快，用户进行更新的频率也会越来越快。

此时就会出现一个矛盾：企业中正在运行的业务系统是不能停的，例如购物网站，随时都会有很多用户访问，若直接将网站关停进行更新，用户便无法访问，就算发布了系统升级通知，用户会选择访问其他购物网站，这种停服更新的操作是很容易流失用户的。怎么办呢？平滑升级技术就是这一矛盾的最佳解决方案，平滑升级也是 Linux 运维工程师必备的技能之一。

平滑升级就是在不停止公司业务或者不停止公司网站的前提下对 Nginx 服务进行版本的升级，而且正在访问的用户也感觉不到升级过程，这就是所谓的 Nginx 无感知升级。

Nginx 平滑升级的过程也非常简单，总体概括如下：

在不停止 Nginx 现有进程的情况下，启动新版本的进程（master 和 worker 进程）；
原有 Nginx 进程处理之前未处理完的用户请求，但不再接受新的用户请求；
新启动的高版本 Nginx 接受并处理新进来的用户请求；
原有 Nginx 进程处理完之前未处理完的用户请求后就关闭所有连接并且退出；
此时服务器上就只存在一个新的高版本的 Nginx 服务了。

一般有在两种情况下需要升级 Nginx。一种是现版本 Nginx 存在高危漏洞，必须升级高版本的 Nginx 来修复；另一种就是要用到 Nginx 新增加的功能模块。

Nginx 一旦运行，可以通过两种方式来进行控制。第一种方式是使用 -s 命令行选项再次调用 Nginx。例如，通过 nginx-s stop 命令停止 Nginx 服务；通过 nginx-s signal 命令向主进程发送信号，参数是信号（signal）。

-s 命令行选项的参数包括以下几种：

stop：快速关闭；
quit：正常关闭；
reload：重新加载配置，使用新配置启动新的工作进程，正常关闭旧工作进程；
reopen：重新打开日志文件。

stop 的作用是快速停止 Nginx 服务，可能并不保存相关信息；quit 的作用是完整有序地停止 Nginx 服务，并保存相关信息。

第二种方式是向 Nginx 进程发送信号。默认 Nginx 会将其主进程 ID 写入 nginx.pid 文件中，我们可以通过 PID 向 Nginx 主进程发送各种信号来达到控制 Nginx 的目的。

Nginx 主进程可以处理的信号如下：

TERM，INT：立刻退出；
QUIT：等待工作进程结束后再退出；
KILL：强制终止进程；
HUP：重新加载配置文件，使用新的配置启动新的工作进程，正常关闭旧的工作进程；
USR1：重新打开日志文件；
USR2：执行升级，并启动新的主进程，实现热升级；
WINCH：逐步关闭工作进程或正常关闭工作进程。

接下来简单介绍一下如何用发送信号的方式控制 Nginx，语法格式为：

kill -信号进程id（PID）

例如，kill-QUIT 16396。kill 命令可以将指定的信号根据 PID 发送至指定的程序中，默认的信号为 SIGTERM（15），也就是将指定的程序终止。

【实例】Nginx平滑升级。
1) 目前在虚拟机中已经运行着一个旧版本的 Nginx(1.16.1) 服务，通过 -V 命令行选项可以看到 Nginx 的版本号和当初在编译时使用到的编译选项及其他信息。

[root@linux nginx]# pwd
/usr/local/nginx
[root@linux nginx]# ./sbin/nginx -V #查看 Nginx 的版本号及其他信息
nginx version: nginx/1.16.1
built by gcc 8.5.0 20210514 (Red Hat 8.5.0-4) (GCC)
built with OpenSSL 1.1.1k  FIPS  25 Mar 2021
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/usr/local/nginx
--sbin-path=/usr/local/nginx/sbin/nginx
--conf-path=/usr/local/nginx/conf/nginx.conf
--error-log-path=/usr/local/nginx/log/error.log
----省略部分内容----
[root@linux nginx]# ps -ef | grep nginx  #查看 Nginx 运行中的进程
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      58904  58903  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      58909  2366  0 22:20 pts/1    00:00:00 grep --color=auto nginx

2) Nginx 服务正在正常运行，将最新版的 Nginx 源码包（此处使用的版本号为 1.20.2）上传至服务器，解压并进入解压后的目录中。别忘了还有一个在编译 Nginx 时用到的 pcre 压缩包，也需要将它解压。

[root@linux ~]# tar xf pcre-8.42.tar.gz
[root@linux ~]# tar xf nginx-1.20.2.tar.gz
[root@linux ~]# cd nginx-1.20.2/
[root@linux nginx-1.20.2]#

3) 编译新版本的 Nginx，注意在编译新版本 Nginx 源码包时，安装路径和编译时的选项需要与旧版保持一致，安装路径和编译选项的信息都可以通过 nginx -V 命令获取，我们直接复制“configure arguments：”中的内容即可。还有一点要嘱咐大家，千万不要执行 make install 命令（正常的安装流程为./configure...→ make → make install）。

[root@linux nginx-1.20.2]# ./configure --prefix=/usr/local/nginx --sbin-path=/usr/local/nginx/sbin/nginx --conf-path=/usr/local/nginx/conf/nginx.conf --error-log-path=/usr/local/nginx/log/error.log --http-log-path=/usr/local/nginx/log/access.log --pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid --lock-path=/var/lock/nginx.lock --user=nginx --group=nginx --with-http_ssl_module --with-http_flv_module --with-http_stub_status_module --with-http_gzip_static_module --with-http_client_body_temp_path=/usr/local/nginx/client_body_temp --with-http_proxy_temp_path=/usr/local/nginx/proxy_temp --with-http_fastcgi_temp_path=/usr/local/nginx/fastcgi_temp --with-http_uwsgi_temp_path=/usr/local/nginx/uwsgi_temp --with-pcre=/root/pcre-8.42

checking for OS
+ Linux 4.18.0-305.3.1.el8.x86_64 x86_64
checking for C compiler ... found
+ using GNU C compiler
+ gcc version: 8.5.0 20210514 (Red Hat 8.5.0-4) (GCC)
checking for gcc -pipe switch ... found
----省略部分内容----
nginx http uwsgi temporary files: "/usr/local/nginx/uwsgi_temp"
nginx http scgi temporary files: "/usr/local/nginx/scgi_temp"

[root@linux nginx-1.20.2]#
[root@linux nginx-1.20.2]# make
make -f objs/Makefile
make[1]: 进入目录“/root/nginx-1.20.2”
cd /root/pcre-8.42 \
&& if [ -f Makefile ]; then make distclean; fi \
----省略部分内容----
ldl -lpthread -lcrypt /root/pcre-8.42/.libs/libpcre.a -lssl -lcrypto -ldl -lpthread -lz \
-Wl,-E \
sed -e "s|%%PREFIX%%|/usr/local/nginx|" \
-e "s|%%PID_PATH%%|/var/run/nginx/nginx.pid|" \
-e "s|%%CONF_PATH%%|/usr/local/nginx/conf/nginx.conf|" \
-e "s|%%ERROR_LOG_PATH%%|/usr/local/nginx/log/error.log|" \
< man/nginx.8 > objs/nginx.8
make[1]: 离开目录“/root/nginx-1.20.2”
[root@linux nginx-1.20.2]#

4) 替换二进制文件，此时二进制文件也成为可执行文件，也就是 sbin 目录下的 nginx 命令，建议替换之前先将原先的二进制文件备份。替换时建议使用 cp 命令，而且还要加上 -rf 选项进行强制替换。

[root@linux nginx-1.20.2]# cp /usr/local/nginx/sbin/nginx /usr/local/nginx/sbin/nginx-bak
[root@linux nginx-1.20.2]# cp -rf objs/nginx /usr/local/nginx/sbin/
cp: 是否覆盖 '/usr/local/nginx/sbin/nginx'? yes
[root@linux nginx-1.20.2]#

5) 二进制文件替换完毕，执行 -t 选项检查 Nginx 服务是否正常。

[root@linux nginx-1.20.2]# /usr/local/nginx/sbin/nginx -t
nginx: the configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf syntax is ok
nginx: configuration file /usr/local/nginx/conf/nginx.conf test is successful

可以明显看到，新版本的 nginx 命令可以正常使用，而且配置文件都很正常。

6) 向 master 进程发送 USR2 信号，Nginx 会启动一个新版本的 master 进程和相对应的 worker 进程，和旧版本的 master 进程一起处理请求。

此时新版本的 master 进程和旧版本的 master 进程会同时存在，旧版本的 master 进程不再接收新的请求，继续处理完现有请求并退出，新版本的 master 进程接收新的用户请求并接替老版本的进程进行服务。

在发送信号之前我们先看一下目前旧版本 Nginx 正在运行的进程，注意看进程 PID 的变化！

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx  #目前旧版本 Nginx 的进程
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      58904  58903  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65782  2217  0 23:01 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]# kill -USR2 58903  #向 master 进程发送 USR2 信号

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      58904  58903  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65787  58903  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65788  65787  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65790  2217  0 23:01 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]#

可以看到旧版本的进程依然存在，但是又新启动了两个新版本的 Nginx 进程（master 进程和 worker 进程），旧版本 master 进程的 PID 是 58903，新版本 master 进程的 PID 是 65787。

7) 向旧版本的 master 进程发送 WINCH 信号，并逐步关闭自己的工作进程（master 进程不退出），这时所有的用户请求都会由新版本的 master 进程处理。

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      58904  58903  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65787  58903  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65788  65787  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65790  2217  0 23:01 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]# kill -WINCH 58903 #向旧版本的 master 进程发送 WINCH 信号

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx  #发送完信号之后所有 Nginx 进程的状态
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65787  58903  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65788  65787  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65847  2217  0 23:06 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]#

如果这时后悔了，需要回退版本继续使用旧版本的 Nginx，可向旧版本的 master 进程发送 HUP 信号，它会重新启动工作进程，而且仍使用旧版配置文件，再使用信号（QUIT、TERM 或 KILL）将新版本的 Nginx 进程杀死。

若想继续进行平滑升级的操作，则可以对旧版本的 master 进程发送信号（QUIT、TERM 或 KILL），使旧版本的 master 进程退出。

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx
root      58903      1  0 22:19 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65787  58903  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65788  65787  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65874  2217  0 23:06 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]# kill -QUIT 58903  #向旧版本的 master 进程发送 QUIT 信号

[root@linux nginx-1.20.2]# ps -ef | grep nginx  #发送完信号之后所有 Nginx 进程的状态
root      65787      1  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: master process ./sbin/nginx -c conf/nginx.conf
root      65788  65787  0 23:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      65926  2217  0 23:11 pts/0    00:00:00 grep --color=auto nginx

[root@linux nginx-1.20.2]#

8) 目前只剩下新版本的 Nginx 进程在正常运行，旧版本的 Nginx 进程已经全被替换，最后我们再通过 nginx -V 命令验证目前 Nginx 服务的版本信息。

[root@linux nginx-1.20.2]# /usr/local/nginx/sbin/nginx -V
nginx version: nginx/1.20.2
built by gcc 8.5.0 20210514 (Red Hat 8.5.0-4) (GCC)
built with OpenSSL 1.1.1k  FIPS  25 Mar 2021
TLS SNI support enabled
configure arguments: --prefix=/usr/local/nginx --sbin-path=/usr/local/nginx/sbin/nginx --conf-path=/usr/local/nginx/conf/nginx.conf --error-log-path=/usr/local/nginx/log/error.log ----省略部分内容----

可以看到，Nginx 程序的版本号已经变成了 1.20.2。整个平滑升级的过程对于用户来说是无感知的，升级过程并没有对网站的访问造成任何影响。

Nginx平滑升级（热部署）详解（附带实例）

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