【51CTO.com创作者本版】Nginx(engine x)是两个高效能的 HTTP 和逆向代理 Web 服务项目器，与此同时也提供更多了 IMAP/POP3/SMTP 服务项目。

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Nginx 以高效能和可扩展性倍受各阶层开发人员的追捧，那时他们会从 Nginx 的总体构架侧发力，如是说 Nginx 民主化内部结构，民主化间的亲密关系和怎样对民主化展开掌控和管理工作。

那时他们会教给如下表所示文本：

Nginx 总体构架

对现代的 HTTP 和逆向服务项目器端来说，在处置mammalian允诺的这时候会采用单民主化或缓存的模式处置，与此同时能止互联网或输入/输出操作方式。

此种形式会耗用大批的缓存和 CPU 天然资源。即使每造成两个原则上的民主化或缓存须要预备两套捷伊运转时自然环境，主要包括重新分配堆和栈缓存，和建立捷伊继续执行语句。

能想像在处置多允诺时能聚合相关联数量的缓存或民主化，引致虽然缓存在急速语句转换上花费大批天然资源。

虽然下面的其原因，Nginx 在内部结构设计Hathras就采用了模组化、内部结构设计商业模式、触发器处置，非堵塞的构架。

图 1：Nginx 总体构架

让他们通过一张图来了解 Nginx 的总内部结构架，如图 1 所示：

①Nginx 开启时，并不会马上处置互联网允诺，负责调度工作民主化。主要包括 Load configuration(加载配置)，Launch workers(开启工作民主化)和 Non-stop upgrade(平滑升级)。

因此在 Nginx 开启以后，在操作方式系统中会看到 Master 和 Worker 两类民主化。在图上方的 Master 民主化负责加载分析配置文件、开启/管理工作 Worker 民主化和平滑升级。

两个 Master 民主化能管理工作多个 Worker 民主化，而 Worker 民主化负责处置并响应用户允诺，也就是源自图左边的 HTTP/HTTPS 允诺。

②虽然互联网允诺属于 IO 允诺，为了应对高mammalian Nginx 采取了 kevent/epoll/ select 商业模式的多路复用技术。虽然采取了此种技术每个 Worker 民主化都能与此同时处置数以千计的互联网允诺。

③为了处置互联网允诺在 Worker 中会包含模块，分为核心模块和功能性模块。

核心模块负责维持两个运转循环(run-loop)，继续执行互联网允诺处置的不同阶段的模块功能，如互联网读写、存储读写、文本传输、外出过滤，和将允诺发往上游服务项目器等。

而围绕着核心模块会有一些功能模块，就是实现具体的允诺处置功能的。例如有处置 http 允诺的 ht_core 模块，有实现负载均衡的 ht_upstream 模块，和实现 FastCGI 的 ht_fastcgi 模块。

这些模块会负责与后端的服务项目器展开交互，完成用户允诺，与此同时能根据须要的功能自由加载模块，甚至能扩展第三方的模块。

④Worker 民主化能和本地磁盘展开数据通信，支持 Advanced I/O(高级I/O)、sendfile 机制、AIO 机制、mmap 等机制等。

通过下面的如是说发现 Nginx 不会为每个连接聚合两个民主化或缓存，而是通过 Worker 民主化采用多路复用的形式处置多个允诺。

这里会采用到共享监听套接字的形式接受新允诺，并在每个 Worker 内继续执行高效的运转循环，从而达到每个 Worker 处置成千上万的连接。

Work 开启后将建立一组侦听套接字，并且在处置 HTTP 允诺和响应操作方式过程中急速接受，读取和写入套接字信息。

运转循环(run-loop)主要包括全面的内部调用，并且在很大程度上依赖触发器任务处置。

通过模组化，事件通知，回调函数和定时器来支撑触发器操作方式的实现。其目的是为了实现高mammalian允诺下的不堵塞(尽可能不阻赛)。

基于下面的机制，Nginx 通过检查互联网和存储的状态并初始化新连接，将其添加到运转循环中，并触发器处置直到其完成，处置完毕的连接会被重新重新分配并从运转循环中删除。因此 Nginx 能在极端工作负载下实现较低的CPU采用率。

另外，虽然 Work 会在磁盘上展开写入操作方式，为了避免磁盘 I/O 上的堵塞允诺，特别是磁盘满的情况。

能设置机制和配置文件指令来减轻此类磁盘 I/O 堵塞情况的发生。例如采用 sendfile 和 AIO 组合选项提升磁盘性能。

Nginx 民主化表述

从构架如是说他们知道 Nginx 是由不同的民主化组成的，这些民主化各司其职用来处置高mammalian下的互联网允诺，接下来就看看他们的表述和怎样工作的。

下面如是说了 Nginx 的总体构架，其中重点提到了 Master 民主化和 Worker 民主化，其实还有另外两个民主化在构架中也起到了重要的作用。

图 2：Nginx 的四类民主化

这里他们一起通过图 2 来认识他们：

从上图他们一定注意到了只有 Worker 民主化是多个，这是即使 Nginx 采用了内部结构设计商业模式的模型。

为了提高处置允诺的效率每个 Worker 民主化会找那个两个 CPU内核，提高 CPU 的缓存命中率，将某个 Worker 民主化与两个 CPU 核绑定在一起。

须要说明的是，他们须要根据具体的应用场景来表述 Worker 民主化的数量：

下面提到了 Master 通过掌控多个 Worker 民主化来处置互联网允诺，对 Worker 的独立民主化来说采用天然资源的这时候不须要考虑不须要加锁的问题，节省了即使加锁带来的系统开销。与此同时多民主化的内部结构设计让民主化间不会互相影响。

当两个民主化退出后，其它民主化还在工作，Nginx 所提供更多的互联网允诺服务项目不会即使其中两个民主化的退出而中断，Master 民主化一旦发现有 Worker 民主化退出会开启捷伊 Worker 民主化。

这里他们会发现 Master 民主化为了掌控 Worker 须要对其展开通信，与此同时 Worker 民主化也须要与 Master 民主化交换信息。

Nginx 开启操作方式过程

谈到了 Master 民主化如此的重要，那么一起来看看 Nginx 民主化的开启操作方式过程。

图 3：Nginx 开启 Master 民主化

如图 3 所示，在 Nginx 开启的这时候会根据配置文件展开解析和初始化的工作，与此同时能从主民主化中 fork 出两个 Master 民主化作为自己的子民主化，也就是开启 Master 民主化，此时 Master 民主化就诞生了。

Nginx 的主民主化在 fork 出 Master 民主化以后就退出了。然后 Master 民主化会 fork 并开启 Worker 民主化，和 Cache Manager 、Cache Loader 民主化，接着 Master 民主化会进入主循环。

须要注意的是，这里采用的 fork 会复制两个和当前开启民主化具有相同代码段、数据段、堆和栈、fd 等信息的子民主化。

也就是说他们说的四类民主化都是通过 Nginx 开启民主化复制出来的子民主化。

Master 开启操作方式过程

接着下面的流程 Master 民主化被 fork 之后，会继续执行 ngx_master_process_cycle 函数。

图 4：Master 民主化继续执行 ngx_master_process_cycle 函数

如图 4 所示，这个函数主要展开如下表所示操作方式：

下面的流程中提到了几个概念，这里对其展开说明，以便他们更好的理解 Master 民主化的继续执行操作方式过程。

①讯号：用来完成民主化中信息传递的媒介。Master 进程的主循环里面，一直通过等待各种讯号事件，来处置不同的指令。

这个讯号能传递给 Master 民主化，也能从 Master 民主化传递给其他的民主化。

讯号分为标准讯号和实时讯号，标准讯号是从 1-31，实时讯号是从 32-64。例如：INT、QUIT、KILL 就是标准讯号。Master 民主化监听的讯号也是标准讯号。

标准讯号和实时讯号的区别是：标准讯号，是基于位的标记，假设在堵塞等待的这时候，多个相同的讯号到来，最终解除堵塞时，只会传递一次讯号，无法统计等待期间讯号的计数。

而实时讯号是通过队列来实现，在堵塞等待的这时候，多个相同的实时讯号会存放到队列中。一旦解除堵塞的这时候，会将队列中的讯号都展开传递，结果会收到多次讯号。

②讯号处置器：讯号处置器是指当捕获指定讯号时(传递给民主化)时将会调用的两个函数，它存在与民主化中，它能随时打断民主化的主程序流程。

③推送讯号：推送讯号的操作方式能采用 kill 这个 shell 命令完成。比如 kill -9 pid，就是推送 KILL 讯号。

kill -INT pid 就是推送 INT 讯号。与 shell 命令类似，能采用 kill 系统调用来向民主化推送讯号。

④讯号掩码：用来掌控讯号阻赛的编码形式。每个民主化都有两个讯号掩码(signal mask)，也称为讯号屏蔽字，它规定了当前要屏蔽或要堵塞递送到该民主化的讯号集。

对每种可能的讯号，该掩码中都有一位与之相关联。对某种讯号，若其相关联位(bit)已设置，则它当前是被堵塞的。

简单地说，讯号掩码是两个“位图”，其中每一位都相关联着一种讯号。如果位图中的某一位为 1，就表示在继续执行当前讯号集的处置程序期间相应的信号暂时被“屏蔽”或“堵塞”，使得在继续执行的操作方式过程中不会嵌套地响应那个讯号。

说白了就是采用讯号编码来阻赛讯号，告诉其他推送讯号的民主化说：“我在忙着处置事情，你先等等，等会我再处置你的讯号。”

民主化间的讯号发送形式

有了下面的基础以后再回头看看 Nginx 中民主化中是怎样展开信息交互的，和 Master 是怎样通过讯号与 Worker 展开沟通的。

图 5：Master 与 Worker 通信

从图 5 中可以看出，Master 能接受 TERM，INT、QUIT、HUP、USR1、USR2、WINCH 这些讯号，这些讯号的含义会在后面提供更多一张表给他们解释。

与此同时 Master 民主化也能给Worker进程传递讯号，于是 Worker 民主化能接收以下讯号：TERM，INT、QUIT、HUP、USR1、WINCH。之后 Worker 再去响应 Client 的允诺。

这里先将讯号的相关联的命令和含义通过表格的形式列出来，再来对其展开讲解。

从表格下面看，每个讯号都有特定的含义。比如 QUIT 讯号表示优雅地关闭服务项目，并且相关联 quit 命令。

这里的 quit 命令指的是能通过命令行的形式对 Master 民主化下命令，从而达到推送讯号的效果，当然 Master 接受到命令以后会转化为讯号推送给相关联的 Worker 达到关闭服务项目的效果。

须要说明的是，Worker 是不会接受命令的，而是通过 Worker 接受命令来统一管理工作所有 Worker 的行为。

民主化帮助处置互联网允诺

知道 Master 与 Worker 间怎样通信之后再来看看它们是怎样合作完成客户端允诺的。

图 6：Client 允诺流程

如图 6 所示，这里描绘了 Master 建立 Listen 和 fork 出 Worker 的操作方式过程，和客户端允诺和 Worker 响应允诺的操作方式过程。

①先从最下面开始看，顺着从上至下红色的箭头看，Master 民主化建立以后会通过 socket 方法建立 socket 的 IO 通道。

接着继续执行 bind 方法将其与监听器 listen 展开绑定，然后通过 fork 方法 fork 出多个 Worker 民主化(绿色虚线)。

②在每个 Worker 民主化中的 accept 方法就监听 socket 允诺了，一旦 listen 监听到 socket 允诺 Worker 民主化就能通过 accept 接受到。

③再看最下面的 client 模块，当 client 通过 connect 方法与 Nginx 发生连接时，所有拥有 accept 方法的 Worker 民主化都会接受到源自 listen 的通知，但是只有两个 Worker 民主化能够成功 accept 到，其他的民主化则会失败。

这里 Nginx 提供更多了一把共享锁 accept_mutex 来保证同一时刻只有两个 Worker 民主化在 accept 连接，从而解决惊群问题。

④当 Worker 民主化 accept 到 socket 允诺以后，client 会通过 send 方法推送允诺(绿色虚线)给 Worker。

而 Worker 采用 recv 方法接受允诺你，与此同时通过 parse(解析)、process(处置)、generate(聚合响应)几个步骤将返回的响应通过 send 方法传送给 client，而 client 会采用 recv 方法接受响应。

最后 Worker 调用 close 方法断开和 client 的连接。

总结

本文从 Nginx 总体构架开始，如是说了 Nginx 的主要组成部分和处置流程。然后如是说 Nginx 的 4 个民主化，和 Nginx 在开启操作方式过程中这些民主化都是怎样造成的。

然后聚焦到最为主要的 Master 民主化的开启操作方式过程做了哪些具体的事情，特别是 Master 民主化和 Worker、Cache Manager、Cache Load 间的亲密关系。

在民主化间的讯号推送形式的章节中，他们建立了讯号、推送讯号、讯号处置、讯号掩码的概念，这有助于理解民主化间的通信。

最后，趁热打铁把 Nginx 接受互联网允诺和民主化间怎样合作处置允诺的操作方式过程展开了讲解。

作者：崔皓

简介：十六年开发和构架经验，曾担任过惠普武汉交付中心技术专家，需求分析师，项目经理，后在创业公司担任技术/产品经理。善于学习，乐于分享。目前专注于技术构架与研发管理工作。

编辑：陶家龙