nginx学习笔记(1)---nginx的基本架构

左手的ㄟ右手 2022-07-28 04:05 175阅读 0赞

tengine是淘宝网发起的一个开源项目，它在nginx的基础上添加了很多高级功能和特性，其性能和稳定性在淘宝网、天猫商城这样的大访问网站得到了很好的检验。tengine的官方网站（http://tengine.taobao.org）上有源代码的下载和很多学习文档。tengine官网上的文档讲的比较详细，内容较多。后续我将较为简洁地整理自己学习的笔记，也方便今后自己后顾。

**nginx的基本架构**

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nginx默认是以**多进程的方式**来工作的：nginx在启动后，以daemon的方式在后台运行，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，包含：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。

**基本的网络事件都是放在worker进程中来处理的**。 多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，**各进程互相之间是独立的**。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。**worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致**（更多的worker只会导致进程来竞争CPU资源，从而带来不必要的上下文切换。nginx为了更好的利用多核特性，提供了CPU亲缘性的绑定选项，可以将某个进程绑定在某一个核上，这样就不会因为进程的切换带来cache的失效）。nginx的进程模型如下图（该图引自tengine文档）：

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**由于master来管理worker进程，我们只需要与master通信就行了**

以nginx -s reload重启为例：执行此命令之后，会新起一个nginx进程，新进程解析到reload参数后，就知道是要控制nginx来重新加载配置文件，它会向master进程发送信号。master接收到信道后，会先重新加载配置文件，然后再启动新的worker进程，并向所有老的worker进程发送信号，告诉他们可以退休了。新的worker在启动后就开始接收新的请求，而老的worker进程在收到来自master的信号后，就不再接收新的请求，并且在当前进程中的所有未处理完的请求处理完成之后，再退出。

**worker进程又如何处理请求**

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。 当我们提供80端口的http服务时，一个连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接，怎么做到的呢？首先，每个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有**worker进程在注册listenfd读事件前抢accept\_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件**，在读事件里调用accept接受该连接。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采用这种进程模型的好处**

首先，对于每个worker进程来说，独立的进程不需要加锁，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；

其次，采用独立的进程，可以让相互之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，服务不会中断，master进程可以很快启动新的worker进程。

（避免上下文切换带来的CPU开销）

nginx光靠这种多进程模式就能实现高并发吗？每个worker里面只有一个主线程，岂不是有多少个worker进程就只能有多少个并发？

**nginx采用异步非阻塞的方式来处理请求**，这样才能实现同时处理成千上万个请求。

**什么叫异步非阻塞**

当一个请求过来，要建立连接，然后再接收数据，接收数据后，再发送数据。具体到系统底层就是读写事件。**当读写事件没有准备好时，那就会出现阻塞调用**，只有等事件准备好了再继续。当大量的网络事件都在等待时，会导致CPU利用率上不去。如果想要通过加进程来提高并发数，这就类似于apache的线程模型了，会增加上下文切换带来的CPU开销。

非阻塞就是，事件没准备好时，就过会再来检查事件，这期间就可以先去做其他事情。但是时不时的来检查事件状态，也会带来不少的开销。于是就出现了**异步非阻塞的事件处理机制**，具体到系统调用就是像select/poll/epoll/kqueue这样的系统调用。它们提供一种机制，可以**同时监控多个事件，调用它们是阻塞的，但是可以设置超时时间。在超时时间之内，如果有事件准备好了，就返回**。以epoll为例，当事件没有准备好时，放到epoll里面，事件准备好了就去读写；当读写事件再准备的时候，再将事件加入到epoll里面。这样，只要有事件准备好了我们就去处理，只有当所有事件都没有准备好时，才在epoll里面等待。通过这种方法就能实现大量的并发了。由于只有一个线程，这里的并发是指在请求间不断的切换。**这里的切换是因为异步事件未准备好而主动让出来的，这种切换是没有代价的**。可以理解为循环处理多个准备好的事件。（这部分目前还没有完全理解。。。暂且几下，日后再调查）

**与多线程模型相比**

这种nginx的异步非阻塞的事件处理方式不需要创建线程，每个请求占用的内存也很少，没有上下文切换，事件处理非常的轻量。并发数再多也不会导致无谓的上线文切换那样的资源浪费。多并发数，只会占用多点内存而已。

参考资料：http://tengine.taobao.org/book/chapter\_02.html

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