nginx部分实现原理解析

liukun2009

　　nginx底层实现有几个主要的模块：

• 进程模块
  
• 事件模块
  
• 网络模块
  

进程模块
　　默认采用守护模式启动，守护模式让master进程启动后在后台运行，不在窗口上卡住。
　　Nginx 启动后会有一个 Master 进程和多个Worker 进程，Master 进程主要用来管理 Worker 进程，对网络事件进程进行收集和分发，调度哪个模块可以占用 CPU 资源，从而处理请求。
　　一般配置Worker进程的个数与机器cpu个数一致，从而达到cpu资源的最大化利用，也避免由于进程资源分配带来的额外开销。

Master进程工作原理
　　master进程主要用来管理worker进程，如：

• 接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号；
  
• 监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。
  

Worker进程工作原理
　　基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。
　　worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。
　　当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样一个完整的请求就是这样的了。我们可以看到，一个请求，完全由worker进程来处理，而且只在一个worker进程中处理。
　　（nginx提供了一个accept_mutex（互斥锁），有了这把锁之后，同一时刻，就只会有一个进程在accpet连接，worker进程内部不需要锁）
　　好处：

• 对于每个worker进程来说，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开销，同时在编程以及问题查找时，也会方便很多。
  
• 互相之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，服务不会中断，master进程则很快启动新的worker进程。
  

事件模块
　　apache的常用工作方式：每个请求会独占一个工作线程，当并发数上到几千时，就同时有几千的线程在处理请求了。这对操作系统来说，是个不小的挑战，线程带来的内存占用非常大，线程的上下文切换带来的cpu开销很大，自然性能就上不去了，而这些开销完全是没有意义的。
　　nginx采用多worker的方式来处理请求，每个worker里面只有一个主线程，那能够处理的并发数很有限啊，多少个worker就能处理多少个并发，何来高并发呢？非也，这就是nginx的高明之处，nginx采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，nginx是可以同时处理成千上万个请求的。
　　为什么nginx可以采用异步非阻塞的方式来处理呢，或者异步非阻塞到底是怎么回事呢？
　　我们先回到原点，看看一个请求的完整过程。

　　请求过来，要建立连接，然后再接收数据，接收数据后，再发送数据。

　　nginx里面，最忌讳阻塞的系统调用了。不要阻塞，那就非阻塞喽。非阻塞就是，事件没有准备好，马上返回EAGAIN，告诉你，事件还没准备好呢，你慌什么，过会再来吧。好吧，你过一会，再来检查一下事件，直到事件准备好了为止，在这期间，你就可以先去做其它事情，然后再来看看事件好了没。
　　虽然不阻塞了，但你得不时地过来检查一下事件的状态，你可以做更多的事情了，但带来的开销也是不小的。所以，才会有了异步非阻塞的事件处理机制。
　　我们之前说过，推荐设置worker的个数为cpu的核数，在这里就很容易理解了，更多的worker数，只会导致进程来竞争cpu资源了，从而带来不必要的上下文切换。
　　现在，知道了nginx为什么会选择这样的进程模型与事件模型了。对于一个基本的web服务器来说，事件通常有三种类型，网络事件、信号、定时器。从上面的讲解中知道，网络事件通过异步非阻塞可以很好的解决掉。如何处理信号与定时器？

• 信号的处理。（待补充）
  
• 定时器。nginx里面的定时器事件是放在一颗维护定时器的红黑树里面，每次在进入epoll_wait前，先从该红黑树里面拿到所有定时器事件的最小时间，在计算出epoll_wait的超时时间后进入epoll_wait。（待补充）
  

网络模块
　　先不提。
　　参考资料：

• Nginx 之实现原理 http://www.jianshu.com/p/b77482d4b670
  
• Nginx 多进程模型是如何实现高并发的？ https://www.zhihu.com/question/22062795
  
• nginx平台初探 http://tengine.taobao.org/book/chapter_02.html