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Nginx源码的全景分析

Nginx源码的全景分析

想要深入学习nginx,阅读源码一定是非常重要的一环,但nginx源码量毕竟还是不算少,一不小心就容易陷入某个细节,迷失在茫茫码海之中。

如果有一张地图,让我们开启上帝视角,总览全局,帮助我们快速学习整体框架结构,又能不至于迷失其中那就再好不过了!

全网第一张源码,分析全景图,揭秘Nginx

下面选取一些关键部分来一窥神秘的nginx。

主进程启动

nginx主进程启动后,进行一系列的初始化,包括但不限于:

  • 命令行参数解析
  • 时间初始化
  • 日志初始化
  • ssl初始化
  • 操作系统相关初始化
  • 一致性hash表初始化
  • 模块编号处理
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核心初始化

另外一个最重要的初始化由ngx_init_cycle()函数完成,该函数围绕nginx中非常核心的一个全局数据结构ngx_cycle_t展开。

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该函数完成了几个核心初始化:

  • 配置文件解析
  • 创建并监听socket
  • 初始化nginx各模块
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nginx核心模块群

nginx是一个模块化设计的软件,优秀的架构设计使得nginx可以扩展非常多的模块。

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要一一描绘出这些模块显得有些杂乱和工作量巨大,仅选取一些关键核心模块进行了展示:

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每个模块有一个支持的命令解析列表,在初始化过程中,主进程将会遍历所有模块的命令列表,进行配置文件中的命令解析,如经常用的ngx_http_proxy_module:

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ngx_http_core_module模块:

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main函数的最后,根据是否启用多进程模型,分别进入多进程版本的ngx_master_process_cycle和单进程版本的ngx_single_process_cycle()。

以常见的多进程版本为例,进入该函数后,首先设置进程名称为:“master process”,随后启动各工作子进程。

启动子进程经过几层封装,最终通过fork启动多个子进程:

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除了工作子进程,还启动了缓存管理进程。

之后主进程进入工作循环,周期性更新时间并检查各全局标记,根据不同情况给子进程发送不同信号。

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子进程工作循环

子进程启动后,进入ngx_worker_process_cycle,进行一些工作进程的初始化,随后修改进程名称为:“worker process”

接着进入工作循环函数ngx_process_events_and_timers,在该函数中主要负责:

  • 竞争互斥锁,拿到锁的进程才能执行accept接受新的连接,以此在多进程之间解决惊群效应
  • 通过epoll异步IO模型处理网络IO事件,包括新的连接事件和已建立连接发生的读写事件
  • 处理定时器队列中到期的定时器事件,定时器通过红黑树的方式存储
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HTTP请求预处理

当连接有数据产生时,工作线程读取socket中到来的数据,并根据HTTP协议格式进行解析,最终封装成ngx_request_t请求对象,提交处理。

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HTTP请求处理的11个阶段

在nginx中各HTTP模块是以挂载的形式串接而成,以流水线工作模式进行HTTP请求的处理,nginx将一个HTTP请求的处理划分为11个阶段。

typedef enum {
    NGX_HTTP_POST_READ_PHASE = 0,
    NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE,
    NGX_HTTP_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_PREACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_ACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_PRECONTENT_PHASE,
    NGX_HTTP_CONTENT_PHASE,
    NGX_HTTP_LOG_PHASE
} ngx_http_phases;

每阶段(部分阶段保留,不允许挂载)允许多个模块挂载,一个模块也可以挂载到多个阶段。因此,初次完成挂载的存储结构是一个二维数组的形式。

不过在初始化过程中,ngx_http_init_phase_handlers函数将该二维数组转换成了一维数组。下图是nginx中各模块挂载情况:

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总结

nginx不仅是一款优秀的高性能web服务器,对于C/C++技术栈的同学来说,还是一个很好的学习对象,其良好的架构设计,优美的代码风格和经典的编程技法无一不值得细细品来。

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