Nginx là gì? Web Server đa năng cho các Hệ thống lớn

Khi bạn nhập một địa chỉ như http://www.google.com vào trình duyệt, có thể bạn không chú ý đến phần HTTP (hoặc HTTPS) ở đầu. Thực ra, yêu cầu truy cập sẽ rời khỏi mạng WiFi nhà bạn, đi qua nhiều network trên khắp thế giới, cuối cùng đến máy chủ của Google – nơi cung cấp trang web bạn đang tìm kiếm.

Nginx, ra đời vào năm 2004 do Igor Sysoev phát triển, là một phần mềm máy chủ web (web server) được rất nhiều người sử dụng. Nó nổi bật nhờ hiệu suất cao, cấu hình đơn giản, và khả năng hoạt động với ít tài nguyên hơn so với nhiều giải pháp khác.

1. HTTP cơ bản

HTTP (HyperText Transfer Protocol) là tập hợp các quy tắc để truyền tải tệp tin trên Internet, giúp đưa nội dung đến người dùng. Một số tệp như hình ảnh, văn bản hiển thị trực tiếp trên trình duyệt, trong khi các tệp khác như zip được tải về. Điều này phụ thuộc vào cách máy chủ web và trình duyệt tương tác với nhau.

Tương tự như cách bạn sử dụng tủ lạnh mà không cần biết rõ cơ chế hoạt động, người dùng thường không chú ý đến quá trình này. Tuy nhiên, với các chuyên gia IT và lập trình viên web, hiểu cách HTTP hoạt động là rất quan trọng để tối ưu hiệu suất máy chủ và mang lại trải nghiệm tốt nhất cho người dùng.

Bạn có thể thấy HTTP thông qua công cụ dành cho nhà phát triển tích hợp trong trình duyệt, ví dụ như Google Chrome.

2. Tổng quan về Web Server

Web server là máy chủ lắng nghe các yêu cầu HTTP từ trình duyệt và gửi phản hồi lại. Ví dụ, khi bạn truy cập một trang web, web server sẽ nhận yêu cầu từ trình duyệt, có thể chỉ là gửi một file hình ảnh hoặc trang HTML, hoặc đôi khi sẽ phải xử lý logic phức tạp và trả lại kết quả cho người dùng.

Theo khảo sát của Netcraft vào tháng 1 năm 2024, Nginx hiện chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường web server với 23,21%, tiếp theo là Apache với 20,70%. Cloudflare đã tăng lên 10,99%, trong khi OpenResty chiếm 9,12%. Đáng chú ý, Apache đã giảm đáng kể so với các khảo sát trước​ đó.

3. Nginx là gì?

Nginx là một phần mềm mã nguồn mở, được sử dụng để làm máy chủ web và reverse proxy. Nginx nổi bật nhờ khả năng xử lý hàng nghìn kết nối đồng thời nhưng tiêu tốn rất ít tài nguyên. Nginx không chỉ phục vụ nội dung web mà còn hỗ trợ các giao thức như HTTPS, đóng vai trò trung gian giữa trình duyệt và các ứng dụng web.

Với hiệu suất cao và cấu hình đơn giản, Nginx là lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống web hiện đại, đặc biệt là khi cần xử lý lưu lượng yêu cầu lớn.

4. Những lý do bạn nên sử dụng Nginx

4.1 Tốc độ xử lý nhanh

Nginx giúp trang web tải nhanh hơn, điều này rất quan trọng vì người dùng thường sẽ rời đi nếu trang web mất hơn 3 giây để tải, Google thậm chí đã tích hợp tốc độ tải trang vào thuật toán xếp hạng tìm kiếm.

Nginx được xây dựng để xử lý các yêu cầu theo kiến trúc bất đồng bộ (asynchronous), giúp nó có thể xử lý nhiều yêu cầu cùng lúc mà không bị chậm lại như các máy chủ truyền thống sử dụng kiến trúc đồng bộ. Điều này làm giảm thời gian chờ đợi và tăng tốc độ tải trang.

4.2 Tăng tốc ứng dụng

Nginx có thể đóng vai trò làm proxy ngược (reverse proxy), bạn có thể đặt Nginx phía trước các máy chủ web khác và để nó quản lý lưu lượng truy cập một cách hiệu quả. Nhờ vậy, Nginx giúp giảm tải cho các máy chủ chính, cải thiện hiệu suất xử lý tổng thể của hệ thống.

4.3 Cân bằng tải dễ dàng

Nginx cho phép chia đều lưu lượng truy cập giữa các máy chủ mà không cần đến các thiết bị phần cứng phức tạp như load balancer vật lý. Nginx đóng vai trò như một điểm trung gian, nhận tất cả các yêu cầu từ người dùng và sau đó phân phối chúng đến các máy chủ phía sau một cách hợp lý,  giúp giảm thiểu tình trạng quá tải cho một máy chủ cụ thể.

http {
    upstream backend_servers {
        server server1.example.com;   # Máy chủ web đầu tiên
        server server2.example.com;   # Máy chủ web thứ hai
    }

    server {
        listen 80;  # Lắng nghe cổng 80 (HTTP)
        server_name example.com;

        location / {
            proxy_pass http://backend_servers;   # Chuyển tiếp yêu cầu đến nhóm máy chủ "backend_servers"
            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;
        }
    }
}

Nếu bạn có một trang web có lượng truy cập lớn, bạn có thể sử dụng cấu hình trên để phân phối yêu cầu giữa hai (hoặc nhiều) máy chủ khác nhau, giảm tải cho từng máy chủ riêng lẻ và đảm bảo trang web vẫn hoạt động mượt mà ngay cả khi có nhiều người dùng truy cập cùng lúc.

4.4 Khả năng mở rộng tốt

Với kiến trúc bất đồng bộ, Nginx không bị giới hạn về số lượng kết nối đồng thời như Apache hay IIS. Nó giải quyết tốt vấn đề C10K (10,000 kết nối đồng thời), một thách thức với các máy chủ truyền thống.

4.5 Nâng cấp không gián đoạn

Nginx cho phép bạn thay đổi cấu hình hoặc nâng cấp phần mềm mà không cần khởi động lại toàn bộ hệ thống. Điều này có nghĩa là dịch vụ vẫn hoạt động liên tục, không bị gián đoạn khi thực hiện các thay đổi.

4.6 Dễ cài đặt và bảo trì

Nginx có thể hoạt động tốt trên các hệ thống có cấu hình phần cứng thấp, nhờ vào cách nó quản lý tài nguyên hiệu quả. Ngay cả với cài đặt mặc định, Nginx vẫn cung cấp hiệu suất vượt trội so với nhiều máy chủ khác.

4.7 Dễ sử dụng

Mặc dù không có giao diện đồ họa, Nginx có hệ thống cấu hình đơn giản, sử dụng file cấu hình rõ ràng và dễ chỉnh sửa. Khi bạn quen thuộc với cách Nginx hoạt động, việc tùy chỉnh nó theo nhu cầu trở nên dễ dàng hơn nhiều.

5. Các tính năng chính của Nginx

5.1 Tùy chỉnh Nginx với hệ thống Module

Kiến trúc của Nginx cực kỳ linh hoạt nhờ hỗ trợ các mô-đun. Bạn có thể thêm hoặc loại bỏ các mô-đun như SSL, nén dữ liệu theo nhu cầu. Mỗi mô-đun có thể được cài đặt khi biên dịch Nginx từ mã nguồn. Tuy nhiên, nếu sau này cần bổ sung mô-đun, bạn phải biên dịch lại Nginx.

./configure --with-http_ssl_module --with-http_gzip_static_module

5.2 Kiến trúc bất đồng bộ

Nginx sử dụng kiến trúc bất đồng bộ dựa trên sự kiện (event-based), nghĩa là nó không tạo ra một luồng (thread) riêng cho mỗi yêu cầu như Apache hoặc IIS, mà quản lý các kết nối theo sự kiện, giúp nó có thể xử lý nhiều yêu cầu cùng lúc mà không gây tắc nghẽn. Cụ thể như sau:

• Apache và IIS (đa luồng): Với các máy chủ như Apache, mỗi khi có một yêu cầu (request) từ người dùng, máy chủ sẽ tạo ra một luồng (thread) hoặc một tiến trình riêng (process) để xử lý yêu cầu đó. Mỗi kết nối sẽ chiếm một phần tài nguyên hệ thống (CPU, bộ nhớ), và khi số lượng yêu cầu lớn (ví dụ: hàng ngàn kết nối đồng thời), máy chủ có thể bị quá tải, gây tắc nghẽn và chậm chạp.
• Nginx (bất đồng bộ): Nginx không tạo ra một luồng riêng cho mỗi yêu cầu mà sử dụng một cơ chế gọi là event loop (vòng lặp sự kiện). Với cơ chế này, một luồng chính của Nginx sẽ lắng nghe tất cả các sự kiện (yêu cầu từ người dùng) và phản hồi lại dựa trên từng sự kiện, thay vì phải tạo ra luồng riêng. Điều này giúp Nginx có thể xử lý hàng ngàn kết nối đồng thời mà không cần tăng thêm tài nguyên nhiều như Apache.

Khi có 1000 yêu cầu đến một trang web chạy Apache, máy chủ phải tạo ra 1000 thread để xử lý. Trong khi đó, với Nginx, một thread duy nhất có thể xử lý 1000 yêu cầu đó bằng cách lắng nghe và phản hồi các sự kiện, giúp tiết kiệm tài nguyên và tránh tắc nghẽn.

5.3 Hỗ trợ nhiều giao thức

Ngoài HTTP và HTTPS, Nginx còn hỗ trợ các giao thức khác như WebSocket, IMAP, POP3, và SMTP, giúp nó có thể xử lý các yêu cầu liên quan đến giao thức email.

Nginx hỗ trợ các giao thức quan trọng như HTTP/1.x, HTTP/2, và HTTPS, giúp cải thiện hiệu suất nhờ tính năng nén dữ liệu và truyền nhiều yêu cầu trên cùng một kết nối, mã hóa SSL/TLS để bảo mật kết nối. Ngoài HTTP, Nginx cũng hỗ trợ WebSocket để truyền dữ liệu thời gian thực và các giao thức khác như TCP, UDP.

5.4 Reverse Proxy và Load Balancing

Nginx có thể phân phối các yêu cầu dựa trên URI thay vì dựa vào file hệ thống. Điều này giúp nó trở thành một proxy ngược và bộ cân bằng tải hiệu quả, có thể phân phối yêu cầu giữa các máy chủ ứng dụng.

5.5 SSL Termination

SSL là một yêu cầu cần thiết cho các trang web xử lý dữ liệu nhạy cảm, nhưng nó gây thêm tải cho máy chủ. Nginx có khả năng thực hiện SSL Termination, tức là xử lý mã hóa SSL tại tầng proxy và truyền dữ liệu không mã hóa tới các máy chủ web khác, giúp giảm tải cho máy chủ chính.

5.6 Streaming video

Nginx hỗ trợ streaming video thông qua các giao thức như MP4, FLV, giúp phát video trực tuyến và cho phép người dùng tua tới các phần khác của video mà không cần tải toàn bộ file.

5.7 Nâng cấp không downtime

Nginx hỗ trợ nâng cấp binary mà không cần dừng dịch vụ, giúp bạn duy trì hoạt động của trang web liên tục ngay cả khi cập nhật. Các worker mới sẽ hoạt động song song với các worker cũ cho đến khi hoàn tất nâng cấp.

5.8 Nginx Plus

Phiên bản Nginx Plus cung cấp các tính năng cho doanh nghiệp như cân bằng tải, kiểm tra sức khỏe hệ thống, lưu trữ bộ nhớ đệm, và hỗ trợ doanh nghiệp qua email/điện thoại.

5.9 Theo dõi và ghi log

Nginx có khả năng ghi lại các lỗi và truy cập chi tiết, giúp quản trị viên theo dõi và xử lý sự cố một cách nhanh chóng và chính xác. Bạn có thể cấu hình Nginx để chỉ ghi lại những lỗi nghiêm trọng, giúp giảm dung lượng của file log.

5.10 Khởi động lại không gián đoạn

Nginx cho phép cập nhật hoặc thay đổi cấu hình mà không cần khởi động lại toàn bộ dịch vụ, giúp duy trì dịch vụ ổn định và không bị gián đoạn kết nối của người dùng.
Ví dụ: Khi cập nhật cấu hình bảo mật, bạn có thể sử dụng lệnh nginx -s reload để nạp lại cấu hình mới mà không làm gián đoạn phiên làm việc của người dùng.

6. Kết luận

Việc hiểu và sử dụng Nginx không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất website mà còn tăng tính linh hoạt và mở rộng hệ thống một cách dễ dàng. Dù bạn làm việc ở bất kỳ lĩnh vực nào trong phát triển web, việc nắm vững Nginx sẽ giúp bạn xây dựng và duy trì các ứng dụng web hiệu quả, ổn định và đáp ứng tốt nhu cầu của người dùng.

Các bài viết liên quan:

• Infrastructure as Code (IaC) là gì?
• API Gateway là gì? Các chức năng chính của API Gateway
• VPN là gì? Giải thích cách hoạt động của VPN
• API là gì? Những loại API phổ biến và đặc điểm nổi bật