FastAPI + NGINX + Gunicorn：一步一步教你部署一个高性能的Python网页应用

一、前言

部署一个 fastapi 应用到你的服务器是一项复杂的任务。如果你对nginx、gunicorn和 Uvicorn 这些技术不熟悉，可能会浪费大量的时间。如果你是刚接触 Python 语言不久或者希望利用 Python 构建自己的Web应用程序，本文的内容可能会让你第一次部署时更节省时间。

FastAPI 是用于开发API应用最受欢迎的Python库之一，用于开发API。它以其出色的性能和易用性而闻名。如果你在网页应用中使用机器学习模型，那么它很可能是你首选的工具。

NGINX、Gunicorn 和 Uvicorn 都是经过实践验证的技术，常被用作反向代理和ASGI服务器来部署Python网页应用。如果你熟悉 Django 或 Flask，你可能之前听说过它们中的一些。

接下来，我将展示如何结合这些工具来部署一个 FastAPI 网页应用。以下是主要内容：

• 介绍FastAPI、NGINX、Gunicorn和Uvicorn的基础知识。

• 配置Gunicorn + Uvicorn作为ASGI服务器。

• 设置NGINX作为反向代理服务器。

• 使用Let's Encrypt生成免费SSL证书。

二、技术框架介绍

2.1、FastAPI

FastAPI 是一个现代的、高性能的 Web 框架，用于使用 Python 构建 API，并基于标准类型提示。

它具有以下主要特点：

• 高效运行：借助 Starlette 和 pydantic，FastAPI 提供了与 NodeJS 和 Go 类似的出色性能。FastAPI比Flask快得多，它实际上是Python最快的Web框架之一。唯一比 FastAPI 更快的框架是 Starlette（FastAPI 实际上是基于 Starlette 构建的）。

• 快速开发：它可以显著提高开发速度。

• 减少错误：减少了人为错误的可能性。

• 直观易用：支持强大的编辑器功能、自动补全和更少的调试时间。

• 简单易学：设计简单明了，您可以花更少时间阅读文档。

• 减少重复代码量：最大限度地减少了代码重复。

• 健壮可靠：提供生产就绪的代码和自动生成交互式文档功能。

• 基于标准化：遵循 API、OpenAPI 和 JSON 模式等开放标准。

该框架旨在优化开发人员体验，使您能够以简洁的代码构建具备最佳实践且适合生产环境使用的 API。

2.2、Gunicorn

Gunicorn是用于Python应用程序的WSGI服务器的一种实现。

Gunicorn是一个符合WSGI标准的Web服务器，用于Python应用程序，它接收从客户端发送到Web服务器的请求，并将其转发到Python应用程序或Web框架（如Flask或Django）上，以便为请求运行适当的应用程序代码。

2.3、Uvicorn

与Flask框架不同，FastAPI不包含任何内置的开发服务器。因此，我们需要Uvicorn。它实施ASGI标准，速度快如闪电。ASGI 代表 异步服务器网关接口。

• Uvicorn是Python的ASGI Web服务器实现。

• Uvicorn目前支持HTTP / 1.1和WebSockets。

2.4、Nginx

Nginx 是一个异步框架的 Web 服务器，也可以用作反向代理，负载平衡器 和 HTTP 缓存。该软件由 Igor Sysoev 创建，并于2004年首次公开发布。同名公司成立于2011年，以提供支持。Nginx 是一款免费的开源软件，根据类 BSD 许可证的条款发布。一大部分Web服务器使用 Nginx ，通常作为负载均衡器。

Nginx 具备以下特点：

• 更快：单次请求会得到更快的响应；在高并发环境下，Nginx 比其他 WEB 服务器有更快的响应。

• 高扩展性：Nginx 是基于模块化设计，由多个耦合度极低的模块组成，因此具有很高的扩展性。许多高流量的网站都倾向于开发符合自己业务特性的定制模块。

• 高可靠性：Nginx 的可靠性来自于其核心框架代码的优秀设计，模块设计的简单性。另外，官方提供的常用模块都非常稳定，每个 worker 进程相对独立，master 进程在一个 worker 进程出错时可以快速拉起新的 worker 子进程提供服务。

• 低内存消耗：一般情况下，10000个非活跃的 HTTP Keep-Alive 连接在 Nginx 中仅消耗 2.5MB 的内存，这是 Nginx 支持高并发连接的基础；单机支持10万以上的并发连接：理论上，Nginx 支持的并发连接上限取决于内存，10万远未封顶。

• 热部署：master 进程与 worker 进程的分离设计，使得 Nginx 能够提供热部署功能，即在 7x24 小时不间断服务的前提下，升级 Nginx 的可执行文件。当然，它也支持不停止服务就更新配置项，更换日志文件等功能。

• 最自由的 BSD 许可协议：这是 Nginx 可以快速发展的强大动力。BSD 许可协议不只是允许用户免费使用 Nginx ，它还允许用户在自己的项目中直接使用或修改 Nginx 源码，然后发布。

三、服务器安全设置

如果你的应用部署在局域网，你可能暂时不需要关注这块，但如果你的应用是部署在云服务器或者VPS，为了保障你的应用安全性，建议还是需要对服务器做一些必要性的安全设置，避免被攻击。

3.1、启用自动更新

首先，确保您的服务器拥有最新的软件：

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

以下是在使用基于Debian的服务器时会看到的常见命令：

1. 使用命令sudo apt update来更新系统上的软件包列表索引。

2. 使用命令sudo apt upgrade -y将已安装的软件包升级到最新版本。使用-y标志可以跳过确认步骤，直接进行安装。

接下来，设置自动安全更新，这样就不必手动执行更新。为此，您需要安装并启用unnattended-upgrades：

sudo apt install unattended-upgrades

安装完成后，编辑文件 /etc/apt/apt.conf.d/20auto-upgrades 并按照以下配置进行设置：

APT::Periodic::Update-Package-Lists "1";  # 每天自动更新软件包列表
APT::Periodic::Unattended-Upgrade "1";    # 系统将自动升级到最新版本的软件包
APT::Periodic::AutocleanInterval "7";     # 每周运行一次自动清理操作，删除旧的和不必要的包文件

最后，在文件 /etc/apt/apt.conf.d/50unattended-upgrades 中进行编辑，以确保系统在需要内核更新时自动重新启动：

Unattended-Upgrade::Automatic-Reboot "true";

完成以上步骤后，您的系统将自动执行安全更新，并在需要时重新启动以应用内核更新。

3.2、创建非root用户

为了减少黑客攻击造成的损害，创建非root用户是必要的。以下是一些命令来创建非root用户和设置SSH密钥登录：

• 创建一个新的非root用户：

sudo adduser fastapi-user # 将fastapi-user替换为您喜欢的用户名

• 将该用户添加到sudo组以获得管理员权限：

sudo usermod -aG sudo fastapi-user # 将fastapi-user替换为您创建的用户名

• 使用新创建的用户登录服务器：

su - fastapi-user # 使用新用户登录，将fastapi-user替换为您创建的用户名

1. 设置使用SSH密钥进行身份验证：

如果您还没有SSH密钥，请在本地计算机上打开终端并运行以下命令（请注意将your-email-replace-with-your-email替换为您的实际电子邮件）：

ssh-keygen -t ed25519 -C "your-email-replace-with-your-email"

这将生成一对SSH密钥。

复制公共SSH密钥并将其粘贴到远程服务器上（请注意将your-public-key-replace-with-your-public-key替换为实际公共密钥）：

echo "your-public-key-replace-with-your-public-key" >> ~/.ssh/authorized_keys
chmod 600 ~/.ssh/authorized_keys

• 禁用root登录和密码身份验证：

使用sudo权限编辑/etc/ssh/sshd_config文件（例如使用sudo vim /etc/ssh/sshd_config命令）。

将以下行的值更改为所示：

PermitRootLogin no
PasswordAuthentication no

这将禁止root用户登录和使用密码进行SSH身份验证。

• 保存并关闭文件后，重新启动SSH服务以使更改生效：

sudo service ssh restart

一旦完成上述步骤，请使用新创建的非root用户和SSH密钥进行登录，并确保禁用了root登录和密码身份验证。

3.3、其他安全措施

大多数云提供商都提供防火墙服务。如果您的云提供商不提供防火墙服务，您可以手动配置防火墙来限制传入流量只能到达必要的端口，例如80、443和22端口。

另外，您还可以安装并配置fail2ban来预防暴力身份验证攻击。Fail2ban是一个用于保护Linux服务器免受恶意登录尝试的工具。它监视系统日志文件，并根据设定的规则自动禁止源IP地址。

如果您想了解更多关于保护Linux服务器的最佳实践，请查看Linode提供的相关指南。这些指南将为您提供有关如何设置和增强服务器安全性的详细信息。

四、安装软件工具

为了安装必要的软件工具，请按照以下步骤执行：

4.1、安装Python：

sudo add-apt-repository ppa:deadsnakes/ppa
sudo apt update
sudo apt install python3.11 python3.11-venv -y

4.2、安装Supervisor和NGINX：

sudo apt install supervisor nginx -y

Supervisor 是一个用于类Unix操作系统（包括Linux）的进程控制系统，它用于监视和管理程序的进程。NGINX是一种常用的多功能软件，通常用作反向代理来部署Web应用程序。

4.3、启用并启动Supervisor：

sudo systemctl enable supervisor
sudo systemctl start supervisor

使用enable命令将确保 Supervisor 在启动时自动启动，并使用start命令立即启动 Supervisor 服务。

完成上述步骤后，您已成功安装 Python、Supervisor 和 NGINX，并已启用并启动了 Supervisor 服务。

五、设置 FastAPI 应用程序

首先，将示例应用程序克隆到/home/fastapi-user目录下：

git clone https://github.***/dylanjcastillo/fastapi-nginx-gunicorn

这将从公共存储库克隆代码。如果您要部署私有GitHub存储库中的应用程序，请设置GitHub部署密钥并使用该密钥克隆存储库。

接下来，创建一个虚拟环境并激活它：

cd /home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn
python3.11 -m venv .venv
source .venv/bin/activate

这些命令将使您进入项目目录，并在其中创建一个虚拟环境并激活它。一旦成功激活，您的命令行提示符前面应显示.venv。

现在，使用 requirements.txt 文件中指定的依赖项安装所需的软件包：

pip install -r requirements.txt

这将在当前虚拟环境中安装fastapi、gunicorn和uvicorn等软件包。

为了验证一切是否顺利，运行应用程序：

uvicorn main:app

运行此命令时不应出现任何错误。您还可以打开新终端窗口，并连接到服务器，然后使用以下命令发出请求来验证它是否正常工作：

curl http://localhost:8000

您应该会收到以下响应：

{"message":"It's working!"}

现在您已经成功运行了FastAPI应用程序，接下来将配置Gunicorn作为WSGI服务器。

六、配置Gunicorn

配置Gunicorn有两个步骤。首先，明确指定 Gunicorn 的配置要求。其次，设置Supervisor程序来运行Gunicorn。

6.1 设置Gunicorn

首先，在项目目录中创建一个名为 gunicorn_start 的文件：

vim gunicorn_start

然后，将以下内容添加到文件中：

#!/bin/bash

NAME=fastapi-app
DIR=/home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn
USER=fastapi-user
GROUP=fastapi-user
WORKERS=3
WORKER_CLASS=uvicorn.workers.UvicornWorker
VENV=$DIR/.venv/bin/activate
BIND=unix:$DIR/run/gunicorn.sock
LOG_LEVEL=error

cd $DIR
source $VENV

exec gunicorn main:app \
  --name $NAME \
  --workers $WORKERS \
  --worker-class $WORKER_CLASS \
  --user=$USER \
  --group=$GROUP \
  --bind=$BIND \
  --log-level=$LOG_LEVEL \
  --log-file=-

这是您的设定解释：

• 第1行表示此脚本将由bash shell执行。

• 第3行至第11行指定您将传递给Gunicorn的配置选项。大多数参数都是直观的，除了 WORKERS、WORKER_CLASS 和 BIND ：

• WORKERS：定义要使用的工作进程数量，通常建议使用CPU核心数+1。

• WORKER_CLASS：指定要使用的工作进程类型。在此示例中，您指定Uvicorn Worker作为ASGI服务器。

• BIND：指定Gunicorn绑定到的 server socket。

• 第13行和第14行将当前位置更改为项目目录并激活虚拟环境。

• 第16行至第24行使用指定的参数运行Gunicorn。

保存并关闭文件。然后，通过运行以下命令使其可执行：

chmod u+x gunicorn_start

最后，在项目目录中创建一个文件夹 run ，用于存储您在参数中定义的Unix套接字文件BIND：

mkdir run

6.2 配置Supervisor

首先，在项目目录中创建一个名为 logs 的目录，用于存储应用程序的错误日志：

mkdir logs

接下来，通过运行以下命令创建Supervisor的配置文件：

sudo vim /etc/supervisor/conf.d/fastapi-app.conf

复制并粘贴以下内容到文件中：

[program:fastapi-app]
***mand=/home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/gunicorn_start
user=fastapi-user
autostart=true
autorestart=true
redirect_stderr=true
stdout_logfile=/home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/logs/gunicorn-error.log

此配置文件指定了之前创建的 gunicorn_start 脚本，并设置了 fastapi-user 作为用户。Supervisor 将在服务器启动时启动应用程序，并在应用程序失败时重新启动它。错误日志将记录在项目目录下 logs/gunicorn-error.log 文件中。

重新加载Supervisor配置并重启服务，通过运行以下命令：

sudo supervisorctl reread
sudo supervisorctl update

最后，您可以通过运行以下命令检查程序的状态：

sudo supervisorctl status fastapi-app

如果一切顺利，fastapi-app 服务的状态应显示为 RUNNING。

您还可以通过打开新的终端窗口，连接到服务器，并使用以下命令发出GET请求来测试它：

curl --unix-socket /home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/run/gunicorn.sock localhost

您应该会看到以下输出：

{"message":"It's working!"

最后，如果您对代码进行了更改，可以通过运行以下命令重新启动服务以应用更改：

sudo supervisorctl restart fastapi-app

现在您已经拥有一个使用Gunicorn和Uvicorn作为ASGI服务器的应用程序。接下来，您将使用NGINX设置反向代理服务器。

七、配置NGINX

为您的项目创建一个新的 NGINX 配置文件：

sudo vim /etc/nginx/sites-available/fastapi-app

打开NGINX配置文件并粘贴以下内容：

upstream app_server {
    server unix:/home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/run/gunicorn.sock fail_timeout=0;
}

server {
    listen 80;

    # add here the ip address of your server
    # or a domain pointing to that ip (like example.*** or www.example.***)
    server_name XXXX;

    keepalive_timeout 5;
    client_max_body_size 4G;

    a***ess_log /home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/logs/nginx-a***ess.log;
    error_log /home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/logs/nginx-error.log;

    location / {
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header Host $http_host;
        proxy_redirect off;

        if (!-f $request_filename) {
            proxy_pass http://app_server;
            break;
        }
        }
}

这是 NGINX 配置文件。它的工作原理如下：

• 第 1 行到第 3 行app_server定义了一个称为NGINX 将代理请求的服务器集群。请求被重定向到位于 的 Unix socket file /home/fastapi-user/fastapi-nginx-gunicorn/run/gunicorn.sock。设置fail_timeout=0告诉 NGINX 不要将服务器视为失败，即使它没有响应。

• 第 1 行到第 5 行定义了 NGINX 将用于处理请求的虚拟服务器的配置。在本例中，它侦听端口 80。将 XXXX 替换为 IP 或站点名称。

• 第 12 行和第 13 行指定keepalive_timeout设置客户端可以保持持久连接打开的最长时间，并client_max_body_size设置 NGINX 允许的客户端请求正文的大小限制。

• 第 15 行和第 16 行指定 NGINX 将写入其访问和错误日志的位置。

• 第 18 至 27 行定义了 NGINX 将如何处理对根目录的请求/。您提供一些规范来处理标头，并设置一个指令来将请求代理到您app_server之前定义的。

通过运行以下命令从文件创建符号链接来启用站点配置sites-available：sites-enabled

sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/fastapi-app /etc/nginx/sites-enabled/

测试配置文件是否正常并重启NGINX：

sudo nginx -tsudo systemctl restart nginx

如果一切顺利，现在您应该能够从浏览器或使用curl. 您应该再次看到以下输出：

{"message":"It's working!"}

您现在应该已经运行了 FastAPI 应用程序，并且 Gunicorn+Uvicorn 作为 ASGI 服务器，NGINX 在它们前面作为反向代理。

7.1、权限错误

如果出现权限错误，表示NGINX无法访问Unix socket，您可以将用户 www-data（通常是NGINX进程运行的用户）添加到fastapi-user组中。您可以使用以下命令：

sudo usermod -aG fastapi-user www-data

如果您还没有为API应用购买域名，则不需要往下阅读了。如果您已经有域名，请继续执行下一步以获取SSL证书并启用HTTPS。

八、使用 Certbot 获取免费 SSL 证书

这仅适用于您希望为其获取SSL证书的域名。如果您使用的是Ubuntu，则可以跳过此步骤。否则，您首先需要安装snapd：

sudo apt install snapd

接下来，确保您拥有最新可用版本：

sudo snap install core; sudo snap refresh core

安装Certbot并确保certbot命令可执行：

sudo snap install --classic certbot
sudo ln -s /snap/bin/certbot /usr/bin/certbot

接下来，通过以交互方式运行以下命令为您的域名生成证书：

sudo certbot --nginx

最后，Certbot将自动处理您证书的续订。要测试它是否有效，请运行以下命令：

sudo certbot renew --dry-run

如果一切顺利，您应该会看到 Congratulations, all simulated renewals su***eeded… 消息。

现在，您应该能够通过HTTPS成功发送请求。

九、结论

本篇文章介绍了如何使用 NGINX、Gunicorn 和 Uvicorn 来部署 FastAPI 应用程序。FastAPI 是最流行的 Python Web 框架之一。它已成为部署机器学习驱动的 Web 应用程序的首选，因此你希望持续关注AI领域，并希望能做一定的应用开发实践，熟悉它还是挺有帮助的。

在这篇文章中您了解到：

• 为什么以及何时应该使用 FastAPI、NGINX、Gunicorn 和 Uvicorn。

• 如何设置 Gunicorn+Uvicorn 作为 ASGI 服务器。

• 如何使用Supervisor来运行Gunicorn。

• 如何使用 certbot 配置 NGINX 并生成免费的 SSL 证书。

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