Nginx Leistungsoptimierung: Tipps für schnellere Websites

In der heutigen schnelllebigen digitalen Welt ist die Website-Leistung von größter Bedeutung. Nutzer erwarten blitzschnelle Ladezeiten, und Suchmaschinen wie Google bevorzugen ebenfalls schnellere Websites. Nginx, ein leistungsstarker und beliebter Webserver, bietet eine Fülle von Konfigurationsoptionen, die fein abgestimmt werden können, um die Leistung Ihrer Website erheblich zu verbessern. Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Nginx-Leistungsoptimierungstechniken, die Aspekte von der Worker-Prozess-Konfiguration bis hin zu fortgeschrittenem Caching und der Verbindungsverarbeitung abdecken, alles darauf abzielend, ein überlegenes Benutzererlebnis zu bieten.

Die Optimierung von Nginx bedeutet nicht nur, ein paar Einstellungen zu ändern; es ist ein ganzheitlicher Ansatz, um sicherzustellen, dass Ihr Server Anfragen effizient verarbeitet, die Latenz minimiert und Inhalte so schnell wie möglich bereitstellt. Indem Sie die unten aufgeführten Strategien verstehen und implementieren, können Sie die Geschwindigkeit Ihrer Website transformieren, was zu einer erhöhten Benutzerbindung, besseren Konversionsraten und verbesserten Suchmaschinenrankings führt.

Nginx Leistungsengpässe verstehen

Bevor Sie sich in die Optimierung stürzen, ist es entscheidend, potenzielle Engpässe zu identifizieren. Häufige Bereiche, die die Nginx-Leistung beeinträchtigen können, sind:

CPU-Auslastung: Eine hohe CPU-Last kann die Anforderungsverarbeitung verlangsamen.
Speicherauslastung: Unzureichender Speicher kann zu Swapping führen, was die Leistung drastisch reduziert.
Netzwerk-I/O: Langsame Netzwerkverbindungen oder ineffiziente Datenübertragung können ein Engpass sein.
Festplatten-I/O: Langsamer Festplattenzugriff für statische Dateien oder Protokolle kann die Übertragungsgeschwindigkeit beeinträchtigen.
Konfigurationsprobleme: Suboptimale Nginx-Konfigurationen können verhindern, dass der Server seine Ressourcen effektiv nutzt.

Tools wie htop, atop, iostat und Nginx's eigenes Statusmodul (stub_status) können helfen, diese Probleme zu diagnostizieren.

Kern-Nginx-Optimierungstechniken

1. Worker-Prozesse und Verbindungen

Die Direktive worker_processes bestimmt, wie viele Worker-Prozesse Nginx starten wird. Die allgemeine Empfehlung ist, diese auf die Anzahl der auf Ihrem Server verfügbaren CPU-Kerne einzustellen. Dies ermöglicht Nginx, Multi-Core-Prozessoren für die parallele Verarbeitung von Anfragen zu nutzen.

# Setzt worker_processes auf die Anzahl der CPU-Kerne
worker_processes auto;

Alternativ lässt Nginx durch die Einstellung auf auto die optimale Anzahl automatisch basierend auf den CPU-Kernen Ihres Systems bestimmen.

Innerhalb jedes Worker-Prozesses begrenzt die Direktive worker_connections die maximale Anzahl gleichzeitiger Verbindungen, die ein einzelner Worker-Prozess öffnen kann. Die Gesamtzahl der Verbindungen ist worker_processes * worker_connections.

# Erhöht worker_connections für Websites mit hohem Traffic
worker_connections 1024;

Best Practice: Überwachen Sie die CPU-Auslastung Ihres Servers. Wenn sie konstant hoch ist, sollten Sie erwägen, worker_processes zu erhöhen. Wenn Sie Fehler wie Too many open files erhalten, müssen Sie möglicherweise worker_connections erhöhen und auch die Dateideskriptor-Limits des Betriebssystems anpassen.

2. Caching-Strategien

Caching ist eine der effektivsten Möglichkeiten, Ihre Website zu beschleunigen, indem der Bedarf reduziert wird, Inhalte neu zu generieren oder Ressourcen erneut abzurufen. Nginx unterstützt mehrere Arten von Caching:

a) Browser-Caching

Browser anzuweisen, statische Assets (wie Bilder, CSS und JavaScript) lokal zu cachen, reduziert die Ladezeiten für wiederkehrende Besucher erheblich. Dies wird durch die Verwendung von expires-Headern erreicht.

location ~* \.(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ {
    expires 30d;
    add_header Cache-Control "public";
}

b) FastCGI/Proxy-Caching

Wenn Nginx als Reverse-Proxy fungiert (z. B. für PHP-FPM oder Anwendungsserver), kann es Antworten vom Backend zwischenspeichern. Dies ist unglaublich leistungsstark für dynamische Inhalte, die sich nicht häufig ändern.

Definieren Sie zunächst eine Cache-Zone im http-Block:

http {
    # ... weitere http-Konfigurationen ...
    proxy_cache_path /var/cache/nginx levels=1:2 keys_zone=my_cache:10m max_size=1g inactive=60m;
    # ...
}

/var/cache/nginx: Das Verzeichnis, in dem Cache-Dateien gespeichert werden.
levels=1:2: Definiert die Verzeichnisstruktur für den Cache.
keys_zone=my_cache:10m: Erstellt eine gemeinsam genutzte Speicherzone namens my_cache mit einer Größe von 10 MB zum Speichern von Cache-Schlüsseln.
max_size=1g: Legt die maximale Größe des Caches fest.
inactive=60m: Entfernt Cache-Einträge, auf die 60 Minuten lang nicht zugegriffen wurde.

Aktivieren Sie dann das Caching in Ihrem location-Block:

location / {
    proxy_pass http://your_backend_app;
    proxy_cache my_cache;
    proxy_cache_valid 200 302 10m; # Cachet 200- und 302-Antworten für 10 Minuten
    proxy_cache_valid 404 1m;     # Cachet 404-Antworten für 1 Minute
    add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status;
}

add_header X-Cache-Status $upstream_cache_status; ist nützlich zum Debuggen und zeigt an, ob eine Anfrage ein Cache-Treffer, eine Verfehlung oder ein Bypass war.

Tipp: Überlegen Sie sorgfältig, welche Inhalte wie lange gecacht werden sollen. Invalidieren Sie den Cache aggressiv, wenn sich Inhalte häufig ändern, um die Bereitstellung veralteter Daten zu vermeiden.

3. Komprimierung (Gzip und Brotli)

Das Komprimieren von Antworten, bevor sie an den Client gesendet werden, reduziert die Bandbreitennutzung und beschleunigt die Übertragungszeiten, insbesondere für textbasierte Assets wie HTML, CSS und JavaScript. Nginx kann die Gzip-Komprimierung on-the-fly durchführen.

http {
    # ...
    gzip on;
    gzip_vary on;
    gzip_proxied any;
    gzip_comp_level 6;
    gzip_types text/plain text/css application/json application/javascript text/xml application/xml application/xml+rss text/javascript;
    # ...
}

gzip on;: Aktiviert die Gzip-Komprimierung.
gzip_vary on;: Fügt den Vary: Accept-Encoding-Header hinzu, der für Caching-Proxys wichtig ist.
gzip_proxied any;: Komprimiert auch Antworten für proxied-Anfragen.
gzip_comp_level 6;: Legt die Komprimierungsstufe fest (1-9, höher bedeutet bessere Komprimierung, aber mehr CPU).
gzip_types ...;: Gibt die zu komprimierenden MIME-Typen an.

Brotli: Für noch bessere Komprimierungsraten sollten Sie Brotli in Betracht ziehen. Nginx kann mit Brotli-Unterstützung kompiliert werden oder das ngx_brotli-Modul verwenden. Es bietet eine überlegene Komprimierung im Vergleich zu Gzip, erfordert aber mehr CPU-Ressourcen. Sie können es ähnlich wie Gzip konfigurieren.

4. Verbindungsverarbeitung und Keep-Alive

Nginx zeichnet sich durch die effiziente Handhabung einer großen Anzahl gleichzeitiger Verbindungen aus. Die Direktive keepalive_timeout steuert, wie lange eine inaktive Verbindung offen bleibt, sodass nachfolgende Anfragen sie wiederverwenden können, ohne eine neue Verbindung herzustellen.

http {
    # ...
    keepalive_timeout 65;
    keepalive_requests 1000;
    # ...
}

keepalive_timeout 65;: Setzt das Keep-Alive-Timeout auf 65 Sekunden.
keepalive_requests 1000;: Legt die maximale Anzahl von Anfragen fest, die über eine einzige Keep-Alive-Verbindung gestellt werden können.

Tipp: Ein höheres keepalive_timeout kann den Overhead beim Aufbau neuer Verbindungen reduzieren, aber möglicherweise mehr Serverressourcen verbrauchen, wenn Verbindungen länger als nötig offen bleiben. Passen Sie dies basierend auf Ihren Traffic-Mustern an.

5. Pufferung und Anforderungs-/Antwortoptimierung

Nginx verwendet Puffer zur Verarbeitung von Anforderungs- und Antwortkörpern. Die Anpassung der Puffergrößen kann die Leistung beeinflussen, insbesondere beim Proxying großer Anfragen oder Antworten.

http {
    # ...
    client_body_buffer_size 10K;
    client_max_body_size 8M;
    proxy_buffers 8 16k;
    proxy_buffer_size 16k;
    proxy_connect_timeout 60;
    proxy_send_timeout 60;
    proxy_read_timeout 60;
    # ...
}

client_body_buffer_size: Größe des Puffers, der zum Lesen des Client-Anforderungskörpers verwendet wird.
client_max_body_size: Maximal zulässige Größe des Client-Anforderungskörpers.
proxy_buffers, proxy_buffer_size: Steuern die Pufferung, wenn Nginx als Proxy fungiert.

Warnung: Eine falsche Dimensionierung der Puffer kann zu Leistungsverschlechterungen oder Fehlern führen. Beginnen Sie mit Standardwerten und passen Sie diese basierend auf beobachtetem Verhalten und Lasttests an.

6. SSL/TLS-Optimierung

Wenn Ihre Website HTTPS verwendet, kann die Optimierung von SSL/TLS die Handshake-Latenz reduzieren.

Sitzungswiederaufnahme: Aktivieren Sie Sitzungscaching und Tickets, um nachfolgende SSL-Verbindungen vom selben Client zu beschleunigen.
nginx ssl_session_cache shared:SSL:10m; ssl_session_timeout 10m; ssl_session_tickets on;
TLSv1.3: Priorisieren Sie TLSv1.3, das Leistungsverbesserungen gegenüber älteren Versionen bietet.
OCSP Stapling: Verbessert die Leistung und den Datenschutz der SSL-Zertifikatsvalidierung.
nginx ssl_stapling on; ssl_stapling_verify on; resolver 8.8.8.8 8.8.4.4 valid=300s;

7. Effizienz der Bereitstellung statischer Dateien

Nginx ist außergewöhnlich gut darin, statische Dateien bereitzustellen. Stellen Sie sicher, dass Ihre Konfigurationen dies nutzen.

sendfile: Ermöglicht die Zero-Copy-Übertragung von Dateien, wodurch CPU- und Speichernutzung reduziert werden.
nginx sendfile on;
tcp_nopush und tcp_nodelay: Optimieren den Paketversand.
nginx tcp_nopush on; tcp_nodelay on;

Überwachung und Tests

Optimierung ist ein iterativer Prozess. Überwachen Sie regelmäßig die Leistung Ihres Servers mit Tools wie:

Nginx stub_status-Modul: Bietet grundlegende Metriken wie aktive Verbindungen, akzeptierte Verbindungen und Anfragen.
htop/top: Für CPU- und Speicherauslastung.
iostat: Für Festplatten-I/O.
Web-Leistungstest-Tools: Google PageSpeed Insights, GTmetrix, WebPageTest.
Lasttest-Tools: ApacheBench (ab), wrk.

Wenden Sie Änderungen inkrementell an und messen Sie deren Auswirkungen. Was am besten funktioniert, hängt stark von Ihrer spezifischen Serverhardware, dem Traffic-Volumen und den Anwendungseigenschaften ab.

Fazit

Die Optimierung von Nginx ist ein entscheidender Schritt zum Aufbau einer schnellen, reaktionsschnellen und skalierbaren Website. Durch die sorgfältige Abstimmung von Worker-Prozessen, die Implementierung effektiver Caching-Strategien, die Aktivierung von Komprimierung und die Verfeinerung der Verbindungsverarbeitung können Sie die Leistung Ihrer Website erheblich verbessern. Denken Sie daran, dass kontinuierliche Überwachung und Tests der Schlüssel zur Identifizierung von Engpässen und zur Sicherstellung sind, dass Ihr Nginx-Server immer optimal läuft. Die Implementierung dieser Strategien wird nicht nur die Benutzererfahrung verbessern, sondern auch zum Gesamterfolg Ihrer Website beitragen.