转载自：http://wiki.jikexueyuan.com/project/nginx/nginx-framework.html
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。
Nginx 是以多进程的方式来工作的：
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。
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 进程的个数一般设置与机器cpu核数一致，这与 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 Nginx 启动后，如果我们要操作 Nginx，要怎么做呢？master 进程会接收来自外界发来的信号。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，告诉 Nginx，从容地重启 Nginx，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 ./nginx -s reload，就是来重启 Nginx。
worker 进程又是如何处理请求的呢？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？首先，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。
Nginx 采用这种进程模型有什么好处呢？
- 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，
- 在编程以及问题查找时，也会方便很多。
- 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。当然，worker 进程的异常退出，肯定是程序有 bug 了，异常退出，会导致当前 worker 上的所有请求失败，不过不会影响到所有请求，所以降低了风险。
Nginx 是如何处理事件的？
有人可能要问了，Nginx 采用多 worker 的方式来处理请求，每个 worker 里面只有一个主线程，多少个 worker 就能处理多少个并发，何来高并发呢？
Nginx 采用了异步非阻塞的方式来处理请求，也就是说，Nginx 是可以同时处理成千上万个请求的。想想 apache 的常用工作方式（apache 也有异步非阻塞版本，但因其与自带某些模块冲突，所以不常用），每个请求会独占一个工作线程，当并发数上到几千时，就同时有几千的线程在处理请求了。这对操作系统来说，是个不小的挑战，线程带来的内存占用非常大，线程的上下文切换带来的 cpu 开销很大，自然性能就上不去了，而这些开销完全是没有意义的。
为什么 Nginx 可以采用异步非阻塞的方式来处理呢，或者异步非阻塞到底是怎么回事呢？我们先回到原点，看看一个请求的完整过程。
- 发起请求
- 建立连接
- 接收数据
- 发送数据
阻塞IO: 具体到系统底层，就是读写事件，而当读写事件没有准备好时，必然不可操作，那就只能等了。阻塞调用会进入内核等待，cpu 就会让出去给别人用了，对单线程的 worker 来说，显然不合适，当网络事件越多时，大家都在等待呢，cpu 空闲下来没人用，cpu利用率自然上不去了，更别谈高并发了。好吧，你说加进程数，这跟apache的线程模型有什么区别，注意，别增加无谓的上下文切换。所以，在 Nginx 里面，最忌讳阻塞的系统调用了。
非阻塞喽。非阻塞就是，事件没有准备好，马上返回 EAGAIN，告诉你，事件还没准备好呢，你慌什么，过会再来吧。好吧，你过一会，再来检查一下事件，直到事件准备好了为止，在这期间，你就可以先去做其它事情，然后再来看看事件好了没。虽然不阻塞了，但你得不时地过来检查一下事件的状态，你可以做更多的事情了，但带来的开销也是不小的。所以，才会有了异步非阻塞的事件处理机制，具体到系统调用就是像 select/poll/epoll/kqueue 这样的系统调用。它们提供了一种机制，让你可以同时监控多个事件，调用他们是阻塞的，但可以设置超时时间，在超时时间之内，如果有事件准备好了，就返回。这种机制正好解决了我们上面的两个问题，拿 epoll 为例(在后面的例子中，我们多以 epoll 为例子，以代表这一类函数)，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。这样，只要有事件准备好了，我们就去处理它，只有当所有事件都没准备好时，才在 epoll 里面等着。这样，我们就可以并发处理大量的并发了，当然，这里的并发请求，是指未处理完的请求，线程只有一个，所以同时能处理的请求当然只有一个了，只是在请求间进行不断地切换而已，切换也是因为异步事件未准备好，而主动让出的。这里的切换是没有任何代价，你可以理解为循环处理多个准备好的事件，事实上就是这样的。与多线程相比，这种事件处理方式是有很大的优势的，不需要创建线程，每个请求占用的内存也很少，没有上下文切换，事件处理非常的轻量级。并发数再多也不会导致无谓的资源浪费（上下文切换）。更多的并发数，只是会占用更多的内存而已。 我之前有对连接数进行过测试，在 24G 内存的机器上，处理的并发请求数达到过 200 万。现在的网络服务器基本都采用这种方式，这也是nginx性能高效的主要原因。
我们之前说过，推荐设置 worker 的个数为 cpu 的核数，在这里就很容易理解了，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。像这种小的优化在 Nginx 中非常常见，同时也说明了 Nginx 作者的苦心孤诣。比如，Nginx 在做 4 个字节的字符串比较时，会将 4 个字符转换成一个 int 型，再作比较，以减少 cpu 的指令数等等。
现在，知道了 Nginx 为什么会选择这样的进程模型与事件模型了。对于一个基本的 Web 服务器来说，事件通常有三种类型，网络事件、信号、定时器。从上面的讲解中知道，网络事件通过异步非阻塞可以很好的解决掉。如何处理信号与定时器？
首先，信号的处理。对 Nginx 来说，有一些特定的信号，代表着特定的意义。信号会中断掉程序当前的运行，在改变状态后，继续执行。如果是系统调用，则可能会导致系统调用的失败，需要重入。关于信号的处理，大家可以学习一些专业书籍，这里不多说。对于 Nginx 来说，如果nginx正在等待事件（epoll_wait 时），如果程序收到信号，在信号处理函数处理完后，epoll_wait 会返回错误，然后程序可再次进入 epoll_wait 调用。
另外，再来看看定时器。由于 epoll_wait 等函数在调用的时候是可以设置一个超时时间的，所以 Nginx 借助这个超时时间来实现定时器。nginx里面的定时器事件是放在一颗维护定时器的红黑树里面，每次在进入 epoll_wait前，先从该红黑树里面拿到所有定时器事件的最小时间，在计算出 epoll_wait 的超时时间后进入 epoll_wait。所以，当没有事件产生，也没有中断信号时，epoll_wait 会超时，也就是说，定时器事件到了。这时，nginx会检查所有的超时事件，将他们的状态设置为超时，然后再去处理网络事件。由此可以看出，当我们写 Nginx 代码时，在处理网络事件的回调函数时，通常做的第一个事情就是判断超时，然后再去处理网络事件。
我们可以用一段伪代码来总结一下 Nginx 的事件处理模型：
while (true) { for t in run_tasks: t.handler(); update_time(&now); timeout = ETERNITY; for t in wait_tasks: /* sorted already */ if (t.time <= now) { t.timeout_handler(); } else { timeout = t.time - now; break; } nevents = poll_function(events, timeout); for i in nevents: task t; if (events[i].type == READ) { t.handler = read_handler; } else { /* events[i].type == WRITE */ t.handler = write_handler; } run_tasks_add(t); }
好，本节我们讲了进程模型，事件模型，包括网络事件，信号，定时器事件。