深入探索Nginx工作原理

nginx 是乙個輕量級的http 服務程式，相比其他伺服器程式如apache，nginx占用記憶體少，穩定性高，併發處理能力強。同時nginx 還是乙個反向**服務程式，和郵件**服務程式。nginx具有豐富的模組庫、靈活的配置、較低資源消耗等優點。下面，我們一起深入看一下nginx的工作機制。

我們從以下幾個方面說明以下：

資源分配技術

多核處理優化

基於上面提到技術，以及nginx很多地方的優化，讓nginx成為最快的http伺服器。

在nginx的技術架構中，程序模型是至關重要的一部分。接下來，我們一起看看nginx程序模型，以及它們的工作機制。

linux 系統中，nginx預設以守護程序daemon方式啟動，預設採用多程序方式。nginx包括兩種型別的程序：

- master 程序，數量只有乙個，管理nginx本身和worker程序

- worker 程序，數量一般和cpu核數相等，nginx的所有請求處理，均是在worker程序中完成

下面，我們分別深入看一下master和worker程序。

在nginx啟動時，master程序建立，主要負責初始化nginx和相關模組、fork worker程序、接收處理外界訊號等工作。

nginx的初始化過程：

master 程序訊號處理機制

我們通過kill命令傳送訊號給nignx master 程序，看看master程序如何處理：

root@eg001:~# ps -ef | grep nginx | grep -v grep

root 
16533
10 aug28 ? 00:00:00
nginx: master process nginx
www-data 16534
16533
0 aug28 ? 00:00:47
nginx: worker process
www-data 16535
16533
0 aug28 ? 00:00:51
nginx: worker process
www-data 16536
16533
0 aug28 ? 00:00:53
nginx: worker process
www-data 16537
16533
0 aug28 ? 00:00:51
nginx: worker process
root@eg001:~# kill -hup 16533
root@eg001:~# ps -ef | grep nginx | grep -v grep
root 
16533
10 aug28 ? 00:00:00
nginx: master process nginx
www-data 28194
16533
009:40 ? 00:00:00
nginx: worker process
www-data 28195
16533
009:40 ? 00:00:00
nginx: worker process
www-data 28196
16533
009:40 ? 00:00:00
nginx: worker process
www-data 28197
16533
009:40 ? 00:00:00
nginx: worker process
root@eg001:~#

1 root@eg001:~# nginx -h

2 nginx version: nginx/1.1.19
3 usage: nginx [-?hvvtq] [-s signal] [-c filename] [-p prefix] [-g directives]45
options:
6 -?,-h : this
help
7 -v : show version and exit
8 -v : show version and configure options then exit
9 -t : test configuration and exit
10 -q : suppress non-error messages during configuration testing
11 -s signal : send signal to a master process: stop, quit, reopen, reload
12 -p prefix : set prefix path (default: /etc/nginx/)
13 -c filename : set configuration file (default: /etc/nginx/nginx.conf)
14 -g directives : set
global directives out of configuration file

- 新的請求到來：所有的work程序的listenfd都會變得可讀

- 竟搶互斥鎖：所有 worker 程序在註冊listenfd讀事件前，要先搶accept_mutex

- 搶到互斥鎖的worker，註冊listenfd讀事件，在事件中呼叫accept接受該連線

- 拿到請求後，worker程序開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生資料，再返回給客戶端

- worker程序斷開連線

需要注意：乙個http請求，完全由worker程序處理，而且只在乙個worker中處理

對於每個worker 程序來說，獨立的程序，不需要加鎖，節約鎖導致的資源開銷；worker程序之間，互不干擾，平滑重啟就是很好的例子，服務不中斷。

nginx 採用的是非同步非阻塞事件處理機制，支援select/poll/epoll/kqueue 等等。nginx 同時會監控多個事件，呼叫他們是阻塞的。但是呼叫有超時時間，在超時時間內，如果有事件準備好了，就返回，否則重新放入epoll中。當讀寫返回eagain時，事件將會被再次放入epoll中。

處理執行緒只有乙個，同時處理的請求也只有乙個，所謂多請求併發，只是在不斷的切換請求而已。雖然是切換，但這種切換不涉及上下文切換，相比十分輕量。更多的併發，只是會占用更多的記憶體。

程序相關的還有，訊號和定時器，這部分另外單獨講解。

nginx是模組化架構的服務，豐富的模組，鬆散耦合，也讓nginx更加強大！我看看nginx 都有哪些模組

模組名稱

說明核心模組

實現了底層的通訊協議，為其他模組/程序構建執行環境、協作基礎，開啟listen 的埠，啟動worker程序

http/mail模組

兩個特殊模組，位於核心模組和各功能模組間；在核心模組之上實現了另一層的抽象；處理http/mail協議事件；確保呼叫功能模組順序正確。

event模組

負責監聽accept後建立的連線，對讀寫事件進行新增刪除；與非阻塞 i/o 模型結合使用；支援select/poll/epoll/kqueue等；注意驚群效應，後面有解釋。

handler模組

負責接受客戶端請求並產生輸出；通過配置檔案中location指令配置 content handler 模組。

filter模組

負責輸出內容處理，修改輸出內容；fiter模組在獲取回覆內容之後，向使用者傳送響應之前，執行處理動作；呼叫順序在編譯時就確定了。

upstream模組

實現反向**的功能，負責將請求**到後端伺服器上，並讀取響應，發回客戶端；跨越單機的限制，完成網路資料的接收、處理和**；

loadbalancer模組

根據配置指定演算法，在眾多的後端伺服器中選擇乙個，完成請求的**伺服器；都有哪些演算法呢？

驚群效應：

- 當核心 accept 乙個連線時，會喚醒所有等待中的程序

- 但實際上只有乙個程序能獲取連線，其他的程序都是被無效喚醒的

- 所以 nginx 採用了自有的一套 accept 加鎖機制，避免多個程序同時呼叫 accept

- nginx 多程序的鎖在底層預設是通過 cpu 自旋鎖來實現。如果作業系統不支援自旋鎖，就採用檔案鎖。

Nginx工作原理

nginx web伺服器主要是由各種模組協同工作,模組從結構上分為核心模組,基礎模 塊和第三方模組,其中三類模組分別如下 1 核心模組 http模組 event模組和mail模組等 2 基礎模組 http access模組 http fastcgi模組 http proxy模組和http rewri...

Nginx工作原理

nginx engine x 是乙個高效能http 反向 imap pop3 smtp伺服器 nginx web伺服器主要是由各種模組協同工作 從結構上分為 核心模組 http模組 event模組和mail模組等 基礎模組 http access模組 http fastcgi模組 http prox...

nginx工作原理詳解

進入nginx的大致三種流量 web email及tcp nginx中三個狀態機 狀態機作用 nginx採用epoll非同步非阻塞事件驅動處理引擎，需要狀態機識別和處理請求，將解析出來的請求引導到靜態資源或磁碟快取 做反向 時 當靜態資源太多，記憶體不足以快取時，磁碟呼叫會退化成阻塞呼叫，所以我們使...