【Nginx从入门到实践】【基础篇】 02.Nginx实现优点

- 日理万妓 2022-11-08 11:55 167阅读 0赞

# 架构整体 #

众所周知，Nginx 性能高，而 Nginx 的高性能与其架构是分不开的。那么 Nginx 究竟是怎么样的呢？这一节我们先来初识一下 Nginx 框架吧。

Nginx 在启动后，在 unix 系统中会以 daemon 的方式在后台运行，后台进程包含一个 master 进程和多个 worker 进程。我们也可以手动地关掉后台模式，让 Nginx 在前台运行，并且通过配置让 Nginx 取消 master 进程，从而可以使 Nginx 以单进程方式运行。

很显然，生产环境下我们肯定不会这么做，所以关闭后台模式，一般是用来调试用的，在后面的章节里面，我们会详细地讲解如何调试 Nginx。所以，我们可以看到，Nginx 是以多进程的方式来工作的，当然 Nginx 也是支持多线程的方式的，只是我们主流的方式还是多进程的方式，也是 Nginx 的默认方式。Nginx 采用多进程的方式有诸多好处，所以我就主要讲解 Nginx 的多进程模式吧。

刚才讲到，Nginx 在启动后，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。而基本的网络事件，则是放在 worker 进程中来处理了。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，这里面的原因与 Nginx 的进程模型以及事件处理模型是分不开的。

Nginx 的进程模型，可以由下图来表示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 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。

## worker进程 ##

*  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。
 *  worker进程之间是平等的。

### 推荐设置worker的个数为cpu的核数 ###

更多的worker数，只会导致进程来竞争cpu资源了，从而带来不必要的上下文切换。而且，nginx为了更好的利用多核特性，提供了cpu亲缘性的绑定选项，我们可以将某一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。

### 进程模式的好处 ###

1.  对于每个worker进程来说，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开销。
2.  在编程以及问题查找时，也会方便很多。
3.  采用独立的进程，可以让互相之间不会影响，一个进程退出后，其它进程还在工作，服务不会中断，master进程则很快启动新的worker进程。

## 信号机制 ##

master进程会接收来自外界发来的信号，再根据信号做不同的事情。所以我们要控制nginx，只需要通过kill向master进程发送信号就行了。

> 比如kill -HUP pid，则是告诉nginx，从容地重启nginx，我们一般用这个信号来重启nginx，或重新加载配置，因为是从容地重启，因此服务是不中断的。

master进程在接收到HUP信号后是怎么做的呢？

首先master进程在接到信号后，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，告诉他们可以光荣退休了。

新的worker在启动后，就开始接收新的请求，而老的worker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后，再退出。

当然，直接给master进程发送信号，这是比较老的操作方式，nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行参数，来方便我们管理。

比如，./nginx -s reload，就是来重启nginx，./nginx -s stop，就是来停止nginx的运行。如何做到的呢？

我们还是拿reload来说，我们看到，执行命令时，我们是启动一个新的nginx进程，而新的nginx进程在解析到reload参数后，就知道我们的目的是控制nginx来重新加载配置文件了，它会向master进程发送信号，然后接下来的动作，就和我们直接向master进程发送信号一样了。

### nginx信号 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 事件机制 ##

异步非阻塞

一个请求的完整过程请求过来，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（IO流）。

比如：学生做题，老师检查  
方案1：老师一个个问  
方案2：多个老师  
方案3：学生做完了主动回答。

多个描述符的IO操作都在一个线程内并发交替地顺序完成，就叫IO多路复用，这里的复用指的是复用同一个线程。

select  
线性遍历  
能够监视的文件描述符存在最大限制 1024

epoll  
当事件没准备好时，放到epoll里面，事件准备好了，我们就去读写，当读写返回EAGAIN时，我们将它再次加入到epoll里面。  
最大连接无限制。

## 整体流程 ##

*  nginx在启动时，会解析配置文件，得到需要监听的端口与ip地址。
 *  在nginx的master进程里面，先初始化好这个监控的socket(创建socket，设置addrreuse等选项，绑定到指定的ip地址端口，再listen)
 *  再fork出多个子进程出来，然后子进程会竞争accept新的连接。
 *  客户端就可以向nginx发起连接了。
 *  当客户端与服务端通过三次握手建立好一个连接后，nginx的某一个子进程会accept成功，得到这个建立好的连接的socket。
 *  创建nginx对连接的封装，即ngx\_connection\_t结构体。
 *  设置读写事件处理函数并添加读写事件来与客户端进行数据的交换。
 *  最后，nginx或客户端来主动关掉连接，到此，一个连接就寿终正寝了。

# 优势 #

## IO多路复用 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
并行处理，串行处理

方法1：多线程  
方法2：IO多路复用  
串行：老师解答题目，一个个问，一个个解答。  
多线程：老师分身术，问题：管理多个老师  
多路复用：学生主动上报

![在这里插入图片描述][20210313154711218.png]

## 轻量级 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## CPU亲和 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][20210313154907884.png]

## sendfile ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
通常需要从用户态请求，再切换到内核态，再用socket传输。

sendfile 0拷贝，直接内核态拷贝

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hhcHB5X3RlZW1v_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221023/1c1d1456b4f945d3b9d3da3a72d3e2d3.png
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