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  • Nginx进程模型

    多进程模式

    在开始介绍Nginx的进程模型之前先说明下:Nginx也支持Single Master单进程模式,但是这个模式效率较低,一般只用在开发环境。所以不是本文介绍的重点。

    Nginx默认采用多进程工作方式,Nginx启动后,会运行一个master进程和多个worker进程。其中master充当整个进程组与用户的交互接口,同时对进程进行监护,管理worker进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。worker用来处理基本的网络事件,worker之间是平等的,他们共同竞争来处理来自客户端的请求。

    既然有多个worker进程,那么请求到来时,如何分配均分worker进程来处理他们?

    worker进程处理请求的过程

    worker进程之间是平等的,每个进程,处理请求的机会也是一样的。当我们提供80端口的http服务时,一个连接请求过来,每个进程都有可能处理这个连接,怎么做到的呢?

    每个worker进程都是从master进程fork出来的,在master进程里面,首先会建立好监听的socket,然后再fork出多个worker进程。这样每个worker进程都可以去accept这个socket(当然不是同一个socket,只是每个进程的这个socket会监控在同一个ip地址与端口,这个在网络协议里面是允许的)。

    一般来说,当一个连接进来后,所有accept在这个socket上面的进程,都会收到通知,但是只有一个进程可以accept这个连接,其它的则accept失败,这是所谓的惊群现象。

    nginx提供了一个accept_mutex这个东西,从名字上,我们可以看这是一个加在accept上的一把共享锁。有了这把锁之后,同一时刻,就只会有一个进程在accpet连接,这样就不会有惊群问题了。accept_mutex是一个可控选项,我们可以显示地关掉,默认是打开的。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。

    异步非阻塞模型

    当一个worker进程“竞争”到请求时,就开始处理这个请求,处理请求的方式是异步非阻塞方式,所以Nginx能处理高并发的请求。

    关于异步非阻塞模型可以参考这篇文章

    这边简单说下这几个概念。

    网络通信中的同步机制和异步机制是描述通信模式的概念。同步机制,是指发送方发送请求后,需要等待接收到接收方发回的响应后,才接着发送下一个请求;异步机制,和同步机制正好相反,在异步机制中,发送方发出一个请求后,不等待接收方响应这个请求,就继续发送下个请求。在同步机制中,所有的请求在服务器端得到同步,发送方和接收方对请求的处理步调是一致的;在异步机制中,所有来自发送方的请求形成一个队列,接收方处理完成后通知发送方。

    阻塞和非阻塞用来描述进程处理调用的方式,在网络通信中,主要指网络套接字Socket的阻塞和非阻塞方式,而Socket的实质也就是IO操作。Socket的阻塞调用方式为,调用结果返回之前,当前线程从运行状态被挂起,一直等到调用结果返回之后,才进入就绪状态,获取CPU后继续执行;Socket的非阻塞调用方式和阻塞调用方式正好相反,在非阻塞方式中,如果调用结果不能马上返回,当前线程也不会被挂起,而是立即返回执行下一个调用。

    • 同步阻塞方式:发送方向接收方发送请求后,一直等待响应;接收方处理请求时进行的IO操作如果不能马上得到结果,就一直等到返回结果后,才响应发送方,期间不能进行其他工作。比如,在超市排队付账时,客户(发送方)向收款员(接收方)付款(发送请求)后需要等待收款员找零,期间不能做其他的事情;而收款员要等待收款机返回结果(IO操作)后才能把零钱取出来交给客户(响应请求),期间也只能等待,不能做其他事情。这种方式实现简单,但是效率不高。

    • 同步非阻塞方式:发送方向接收方发送请求后,一直等待响应;接收方处理请求时进行的IO操作如果不能马上得到结果,就立即返回,去做其他事情,但由于没有得到请求处理结果,不响应发送方,发送方一直等待。一直到IO操作完成后,接收方获得结果响应发送方后,接收方才进入下一次请求过程。在实际中不使用这种方式

    • 异步阻塞方式:发送方向接收方发送请求后,不用等待响应,可以接着进行其他工作;接收方处理请求时进行的IO操作如果不能马上得到结果,就一直等到返回结果后,才响应发送方,期间不能进行其他工作。这种方式在实际中也不使用

    • 异步非阻塞方式:发送方向接收方发送请求后,不用等待响应,可以继续其他工作;接收方处理请求时进行的IO操作如果不能马上得到结果,也不等待,而是马上返回去做其他事情。当IO操作完成以后,将完成状态和结果通知接收方,接收方再响应发送方。继续使用在超市排队付账的例子。客户(发送方)向收款员(接收方)付款(发送请求)后在等待收款员找零的过程中,还可以做其他事情,比如打电话、聊天等;而收款员在等待收款机处理交易(IO操作)的过程中可以帮助客户将商品打包,当收款机产生结果后,收款员给客户结账(响应请求)。在四种方式中,这种方式是发送方和接收方通信效率最高的一种。

    参考

    人生的主旋律其实是苦难,快乐才是稀缺资源。在困难中寻找快乐,才显得珍贵~
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