随着互联网的广泛普及,人们的生活方式和生活水平都发生了巨大的变化,从PC时代到移动互联网时代再到5G时代,用户数的指数增长以及请求的多样化导致了庞大的并发访问量和业务处理的复杂性。传统的服务器架构已经难以应对海量的并发请求。即时通讯、在线视频、实时互动等形式使得网站后台系统要面对数以百万计的用户访问,给服务器的性能带来了巨大的压力和严峻的考验。Nginx作为一款轻量级的Web服务器,优秀的架构设计使其不仅具有高性能、高稳定性和高扩展性,还拥有强大的并发处理能力。在实际使用中,Nginx通常作为反向代理服务器实现服务器集群的负载均衡功能。因此深入Nginx源码内部研究其框架运行机制、反向代理和负载均衡,并在其基础上进行开发和优化具有重要意义。本文通过对Nginx源码进行研究,从模块化设计、事件驱动、进程模型和内存池设计四个方面进行了整体架构的剖析,研究了Nginx中的信号机制、优异的反向代理功能和负载均衡技术。upstream机制作为Nginx实现负载均衡的基础,使Nginx能够突破单机的限制,将负载转发给后端服务器集群。因此本文还对Nginx的HTTP处理框架以及负载转发的upstream机制进行了深入的研究。在源码研究的基础上,本文通过使用C++的语言特性、标准程序库和模板编程对Nginx的负载转发进行改进。首先,从Nginx中的数组、链表、缓存区等自定义的基本数据结构开始封装,将各个模块当成小系统,对其进行面向对象的系统化封装,给出更易用的接口。其次,对HTTP框架处理流程中的核心组件进行封装。将庞大复杂的请求结构体进行拆分,抽象出HTTP框架的请求类和响应类;优化请求处理函数的注册,使模块的处理函数更方便的添加进处理引擎;以及对upstream框架重新进行整理和封装。最后,在系统化封装的基础上开发出新的负载转发模块介入到Nginx工作流中,实现Nginx负载均衡的增强,也使得Nginx在C++的封装下扩展性和维护性更好。再使用测试工具对改进后的Nginx进行性能测试,通过实验证明改进后的Nginx能更好的进行负载分发,性能优于改进前的Nginx。