nginx源码分析--框架设计 &　master-worker进程模型

Nginx的框架设计—进程模型

在这之前，我们首先澄清几点事实：

nginx作为一个高性能服务器的特点，其实这也是所有的高性能服务器的特点，依赖epoll系统调用的高效（高效是相对select/poll这些系统调用的，底层有一个链表和红黑树，避免了轮询，减少了用户空间和系统空间之间的数据传递等），非阻塞（所有的操作都是非阻塞，这样），多进程（master-slave进程模型），这些事实使得nginx成为一个高性能服务器的前提条件。

         既然作为一个软件（http服务器），相对于一个网络库而言肯定有更完善的功能。它可以在不需要关闭的前提下实现更新系统；可以接受外部的信号，根据不同的信号做相应的处理；可定制，用户可以开发第三方的模块，根据自我需要将模块添加到7个处理阶段（HTTP请求本来是有11个阶段，但是其中的4个阶段是不支持添加用户自定义的模块的），它可以作为反向代理；它是可以支持高并发的，它的工作模式是基于配置文件的，一个配置文件决定了nginx的工作模式，配置文件解析完成也就完成了初始化的所有工作，配置文件的解析在nginx中占了举足轻重的地位。基于上述几点事实慢慢阐述nginx的设计理念。

         首选从大的框架说起，既然是多进程，那么如何分配各个进程的任务，针对CPU的核数来开启进程数目（当然是否为多进程可以通过配置文件来配置的），分为master-worker模型，master负责开启worker进程，master进程负责和worker进程通信，master进程负责接收外部的信号，master进程负责将某些信号（总共8个信号，但是对应着worker进程关注的三个变量，三个变量分别为ngx_quit/ngx_reopen/ngx_terminate等）传递给worker进程，所以worker进程是不需要关注外部信号的，master进程需要关注worker进程的工作情况，比如接受到了SIGCHLD信号，也就是worker进程退出，在需要避免worker进程成为僵尸进程外还需要检查worker进程是否是正常死亡，如果非正常死亡还需要重启这个worker进程。那么worker进程做了什么呢？进程间通信就这些么？

         其实master进程和worker进程时间是有通信，worker进程之间也是可以有通信的，只不过这里没有通信，通信的方式是通过socketpair，也有共享内存，两者各有不同的作用。Worker做了什么呢！负责监听，接受连接，接受完以后就负责和这个连接进程交互，直到这个连接最终结束！其实进程模型到这里就已经结束了，只不多worker进程怎么做就是另一回事了！

         下面从代码上来分析上面提到的一切：

         在src/core/nginx.c中有入口Main函数，大体了解main函数都做了些什么。

1）、ngx_get_options函数是根据用户输入的参数来设置一些全局变量，比如用户输入了-s，那么就设置ngx_signal标志，这个标志说明用户需要给ngxin输入一个信号，诸如此类的全局变量。往下再根据全局变量再进行处理。

2）、接下来的if(ngx_show_version)就是在步骤1）来设置的。表示用户是否想看版本信息。（当然这是第一个在ngx_get_options中被设置的全局变量）

3）ngx_time_init()函数设置了表示时间的初始化，函数中的最后一行ngx_time_update是一个很重要的函数，是用来更新时间的函数，根据配置文件，决定了更新时间的方式，以后再讨论，由于每次调用gettimeofday()这个系统调用很浪费时间，那么就需要一个时间缓存，更新时间的有两个, ngx_time_sigsafe_update和ngx_time_update，前者指负责err_log的时间，后者负责更新很多时间

4）接下来就是ngx_getpid(),为master进程创建一个文件，单独保存master进程的PID.

5）接下来就是准备初始化全局变量ngx_cycle，这个一个大块头，先创建一个内存池，保存相关用户传递进来的参数ngx_save_argv，

6）接下来就是处理选择项的问题，就是看看步骤5中根据用户输入的参数都保存了什么参数。

7）ngx_add_inherited_sockets函数是处理集成的套接字，这些套接字是根据NGINX这个环境变量来设置的，如果没有这个环境变量，那么就不进行操作，这些套接字是需要保存到cycle中的listening中，作为监听套接字。

8）ngx_init_cycle是初始化全局大块头，这里做了很多很多的配置，尤其是其中的ngx_conf_parse()函数，这个函数解析配置文件。

9）接下来就是处理步骤1中根据用户输入的参数都设置了什么全局变量，比如ngx_test_config和ngx_signal，如果是信号就需要相应的操作ngx_signal_process.

10）如果不是信号处理，那么就需要初始化master进程需要关注的信号。

11）判断是否需要设置为daemon进程，最后进入开启worker进程的模型。ngx_single_process_cycle和ngx_master_process_cycle。

到此为止，main函数已经分析完了，其中有三点比较重要，一个ngx_init_cycle()

Ngx_master_process_cycle和ngx_init_signals()函数。咱们从简单的来看吧

Nginx中信号的处理方式：

在ngx_init_signals函数中，遍历signals全局数组，这个数组中保存着nginx需要关注的所用信号，为每一个信号赋值相应的信号处理函数。所有的信号都对应同一个信号处理函数ngx_signal_handler()函数，在这个函数有看到了前面提到的一个函数，和更新时间有关，ngx_time_sigsafe_update，这个函数是更新错误时间的，也就是说，在信号处理中有一个更新时间的操作，虽说只更新错误信息的时间。看看信号处理的方式，首先根据ngx_process来判断当前的传递信号的方式，是给master进程传递的？还是给所有的进程来传的？

总之有一句话，master进程从外部接受到信号，那么master进程就会被激活，所有的信号都对应同一个信号处理函数ngx_signal_handler处理，这个处理只是处理相应的全局标志位，那么master进程再根据标志位来做相应的处理，大部分信号处理就是ngx_signal_worker_process函数，也就是需要将master进程接收到的信号也给worker进程传递一份，这里只有三个信号需要传递给worker进程，也就是说worker进程只需关注三个信号（其实不是三个信号，可能是好几个信号，只不过有多个信号对应着同一个处理，最终worker进程只需要关注ngx_reopen/ngx_quit/ngx_terminate这三个变量即可）。传递信号的方式可能是用socketpait，也可能是用kill系统调用。

再简单点介绍信号的处理就是：既然nginx是多进程的，那么不可能所有进程都可以接受外部信号的，那么这个任务交给master进程算了，master进程就需要注册自己关注的信号，同时相应的信号处理函数，那么在fork出子进程后，子进程就需要清空集成的信号（因为外部信号处理交给master进程了），父子进程的通信通过socketpair来处理，那么子进程在这个通道上的读取事件处理就是ngx_channel_handler，在这个函数中，根据master进程发送的命令来修改全局变量。注意进程被信号激活接下来的操作都是判断全局变量，那么全局变量的修改对于不同的进程又不相同，master进程是通过信号处理函数（ngx_signal_handler处理），worker进程是通过socketpair创造的套接字对应的函数(ngx_channel_handler)

父子进程再被信号激活以后，都是根据全局变量来判断做什么处理的。那么谁来修改全局变量呢？那么对于master进程来说，修改全局变量的任务交给了ngx_signal_handler函数，对于子进程来说，这个任务就是ngx_channel_handler来处理的。而且master进程关注的信号比子进程关注的信号多，所有有的信号是不需要给子进程来传递的，所以有了ngx_process这个变量。比如在ngx_get_options函数中，如果发现了-s选项，那么说明用户是准备给nginx发送信号，如果信号是stop之类，就需要将ngx_process设置为NGX_PROCESS_SIGNALLER，说明这个信号需要给子进程发送。Ngx_process被赋值的地方不多，在nginx.c中，ngx_cycle.c中都有被赋值的操作。Ngx_process在ngx_get_options中被赋值，如果用户输入的信号是stop之类的信号等。在main函数中，如果有master配置，那么就被赋值为NGX_PROCESS_MASTER。