Nginx工作原理

Nginx由內(nèi)核和模塊組成。

Nginx本身做的工作實(shí)際很少，當(dāng)它接到一個(gè)HTTP請(qǐng)求時(shí)，它僅僅是通過(guò)查找配置文件將此次請(qǐng)求映射到一個(gè)location block，而此location中所配置的各個(gè)指令則會(huì)啟動(dòng)不同的模塊去完成工作，因此模塊可以看做Nginx真正的勞動(dòng)工作者。通常一個(gè)location中的指令會(huì)涉及一個(gè)handler模塊和多個(gè)filter模塊（當(dāng)然，多個(gè)location可以復(fù)用同一個(gè)模塊）。handler模塊負(fù)責(zé)處理請(qǐng)求，完成響應(yīng)內(nèi)容的生成，而filter模塊對(duì)響應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行處理。

用戶根據(jù)自己的需要開(kāi)發(fā)的模塊都屬于第三方模塊。正是有了這么多模塊的支撐，Nginx的功能才會(huì)如此強(qiáng)大。

Nginx的模塊從結(jié)構(gòu)上分為核心模塊、基礎(chǔ)模塊和第三方模塊：

• 核心模塊：HTTP模塊、EVENT模塊和MAIL模塊
• 基礎(chǔ)模塊：HTTP Access模塊、HTTP FastCGI模塊、HTTP Proxy模塊和HTTP Rewrite模塊，
• 第三方模塊：HTTP Upstream Request Hash模塊、Notice模塊和HTTP Access Key模塊。
  

Nginx的模塊從功能上分為如下三類：

• Handlers（處理器模塊）。此類模塊直接處理請(qǐng)求，并進(jìn)行輸出內(nèi)容和修改headers信息等操作。Handlers處理器模塊一般只能有一個(gè)。
• Filters （過(guò)濾器模塊）。此類模塊主要對(duì)其他處理器模塊輸出的內(nèi)容進(jìn)行修改操作，最后由Nginx輸出。
• Proxies （代理類模塊）。此類模塊是Nginx的HTTP Upstream之類的模塊，這些模塊主要與后端一些服務(wù)比如FastCGI等進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)服務(wù)代理和負(fù)載均衡等功能。

Nginx進(jìn)程模型

Nginx默認(rèn)采用多進(jìn)程工作方式，Nginx啟動(dòng)后，會(huì)運(yùn)行一個(gè)master進(jìn)程和多個(gè)worker進(jìn)程。其中master充當(dāng)整個(gè)進(jìn)程組與用戶的交互接口，同時(shí)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)護(hù)，管理worker進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)重啟服務(wù)、平滑升級(jí)、更換日志文件、配置文件實(shí)時(shí)生效等功能。worker用來(lái)處理基本的網(wǎng)絡(luò)事件，worker之間是平等的，他們共同競(jìng)爭(zhēng)來(lái)處理來(lái)自客戶端的請(qǐng)求。

nginx的進(jìn)程模型如圖所示：

在創(chuàng)建master進(jìn)程時(shí)，先建立需要監(jiān)聽(tīng)的socket（listenfd），然后從master進(jìn)程中fork()出多個(gè)worker進(jìn)程，如此一來(lái)每個(gè)worker進(jìn)程多可以監(jiān)聽(tīng)用戶請(qǐng)求的socket。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)連接進(jìn)來(lái)后，所有在Worker都會(huì)收到通知，但是只有一個(gè)進(jìn)程可以接受這個(gè)連接請(qǐng)求，其它的都失敗，這是所謂的驚群現(xiàn)象。nginx提供了一個(gè)accept_mutex（互斥鎖），有了這把鎖之后，同一時(shí)刻，就只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程在accpet連接，這樣就不會(huì)有驚群?jiǎn)栴}了。

先打開(kāi)accept_mutex選項(xiàng)，只有獲得了accept_mutex的進(jìn)程才會(huì)去添加accept事件。nginx使用一個(gè)叫ngx_accept_disabled的變量來(lái)控制是否去競(jìng)爭(zhēng)accept_mutex鎖。ngx_accept_disabled = nginx單進(jìn)程的所有連接總數(shù) / 8 -空閑連接數(shù)量，當(dāng)ngx_accept_disabled大于0時(shí)，不會(huì)去嘗試獲取accept_mutex鎖，ngx_accept_disable越大，于是讓出的機(jī)會(huì)就越多，這樣其它進(jìn)程獲取鎖的機(jī)會(huì)也就越大。不去accept，每個(gè)worker進(jìn)程的連接數(shù)就控制下來(lái)了，其它進(jìn)程的連接池就會(huì)得到利用，這樣，nginx就控制了多進(jìn)程間連接的平衡。

每個(gè)worker進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)立的連接池，連接池的大小是worker_connections。這里的連接池里面保存的其實(shí)不是真實(shí)的連接，它只是一個(gè)worker_connections大小的一個(gè)ngx_connection_t結(jié)構(gòu)的數(shù)組。并且，nginx會(huì)通過(guò)一個(gè)鏈表free_connections來(lái)保存所有的空閑ngx_connection_t，每次獲取一個(gè)連接時(shí)，就從空閑連接鏈表中獲取一個(gè)，用完后，再放回空閑連接鏈表里面。一個(gè)nginx能建立的最大連接數(shù)，應(yīng)該是worker_connections * worker_processes。當(dāng)然，這里說(shuō)的是最大連接數(shù)，對(duì)于HTTP請(qǐng)求本地資源來(lái)說(shuō)，能夠支持的最大并發(fā)數(shù)量是worker_connections * worker_processes，而如果是HTTP作為反向代理來(lái)說(shuō)，最大并發(fā)數(shù)量應(yīng)該是worker_connections * worker_processes/2。因?yàn)樽鳛榉聪虼矸?wù)器，每個(gè)并發(fā)會(huì)建立與客戶端的連接和與后端服務(wù)的連接，會(huì)占用兩個(gè)連接。

Nginx處理HTTP請(qǐng)求流程

http請(qǐng)求是典型的請(qǐng)求-響應(yīng)類型的的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。http是文件協(xié)議，所以我們?cè)诜治稣?qǐng)求行與請(qǐng)求頭，以及輸出響應(yīng)行與響應(yīng)頭，往往是一行一行的進(jìn)行處理。通常在一個(gè)連接建立好后，讀取一行數(shù)據(jù)，分析出請(qǐng)求行中包含的method、uri、http_version信息。然后再一行一行處理請(qǐng)求頭，并根據(jù)請(qǐng)求method與請(qǐng)求頭的信息來(lái)決定是否有請(qǐng)求體以及請(qǐng)求體的長(zhǎng)度，然后再去讀取請(qǐng)求體。得到請(qǐng)求后，我們處理請(qǐng)求產(chǎn)生需要輸出的數(shù)據(jù)，然后再生成響應(yīng)行，響應(yīng)頭以及響應(yīng)體。在將響應(yīng)發(fā)送給客戶端之后，一個(gè)完整的請(qǐng)求就處理完了。

處理流程圖：

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