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  • nginx启动期做了哪些事

    nginx是个多进程web容器,不同的配置下它的启动方式也是不同的,这里我只说说最典型的启动方式。

    它有1个master进程,和多个worker进程(最优配置的数量与CPU核数相关)。那么,首先我们要找到main函数,它在src/core/nginx.c文件中。谈到源码了,这时我们先简单看下源码的目录结构吧。

    nginx主要有下列目录:

    src/core,这个目录存放了基础的数据结构像LIST、红黑树、nginx字符串,贯穿始终的一些逻辑结构如ngx_cycle_s、ngx_connection_s等,还有对一些底层操作的封装如log、文件操作、共享内存、内存池等,最后还有个nginx.c这个main启动函数了。

    src/event,这个目录下存放与抽象事件相关的结构和钩子函数。nginx是以事件驱动处理流程的,事件自然是整个体系的核心了,这里定义了最核心的ngx_event_s结构。

    src/event/modules目录存放了具体的种种事件驱动方式,例如epoll、kqueue、poll、aio、select等,它们通过ngx_event_actions_t结构体中的钩子挂在nginx中。nginx启动时会根据配置来决定使用哪种实现方式。

    src/os/unix中存放了unix系统下许多函数调用的UNIX实现。

    src/http目录存放到http module的相关实现,这个module负责处理http请求,包括协议的解析以及访问backend server的代码。

    src/http/module目录存放http module类型的一些特定用途的module,比如gzip处理加密,图片压缩等。

    有个初步了解后,回到main函数中,顺序看看我们感兴趣的事情。它先执行了ngx_time_init,为什么要初始化时间呢?nginx考虑的还是很周到的,取系统时间gettimeofday是系统调用,这意味着,需要发送中断给linux内核,内核需要做进程间切换来处理这个调用。这是一个不能忽视成本的函数。nginx封装了时间函数,这样,每次我们需要处理时间时,并不是调用gettimeofday,而是nginx自己缓存的时间,这样大量减少了系统调用,取当前时间这事可是谁都爱干的。

    那么,nginx是怎么维护自己的这个时钟呢?如何保证用户取到的当前时间是有意义的?nginx设计者的出发点是,nginx是事件驱动机制,当一批事件发生时,也就是epoll_wait返回时,会取一次gettimeofday来更新自己的时间,然后调用各个事件对应的处理函数。这些函数都会保证自己是无阻塞的,也就是毫秒级的处理能力,所以,在任何一个事件处理函数中,取到的时间都是之前epoll_wait刚返回时取到的时间,这样,即使拿到的时间慢了几毫秒也无所谓。关键是,每个函数都是无阻塞的,都要迅速的把控制权交还给nginx,这是基本设计原则哈。

    main函数初始化时间后,建立了最核心的数据结构ngx_cycle,之后无论是worker进程还是master进程都是围绕着它进行的。下面,我们要超级关注ngx_init_cycle这个函数,启动过程中大量的工作是在这完成的,代码就不列了,这个函数有800行,超大,也可见其之关键。ngx_init_cycle里做的第一件事就是调用所有nginx module里的create_conf方法。好,现在我们才来详细看下nginx module是什么。

    nginx 抽象出一个ngx_module_s结构用来描述各个module,每个module处理它感兴起的事件。nginx里共有多少个module既是写死在代码中的,也是可以灵活配置的,呵呵,nginx式的玩法。回想下,下载nginx源码包后,我们也要执行它提供的configure操作,这个命令会生成makefile和ngx_modules文件,makefilel决定编译哪些module源文件,而生成的ngx_modules.c文件决定编译出的执行文件究竟使用哪些module。ngx_modules.c里面会生成一个数组ngx_modules,这是整个nginx工程都在使用的全局变量,它的形式如下:

    
    


    这个通过configure生成的全局变量很关键,只有它才知道,一个请求可能会用哪些module处理。

    接上文,ngx_init_cycle就是通过ngx_modules数组来调用所有module的create_conf方法的(每个module有权力决定是否实现这个方法,如果不实现的话,当然不会调用了)。然后,开始处理配置文件,这里我们需要重点关注ngx_conf_parse函数,因为它里面调用了ngx_conf_handler方法,ngx_conf_handler方法会调用每个module里自己实现的set钩子函数,让每个module处理自己感兴趣的配置项。所以,如果你在nginx.conf里没有配置某个module想要的东东,这个module虽然编译进去了,却会一直不执行的。这里我们要看下module的结构了,不能总是干说哈。

    
    


    ctx_index用来表示我们定义的一个module在上下文数组中的序号,index就表示在ngx_modules这个数组中的序号。

    ctx这个指针指向module的上下文,type表示这个module的类型(module是分类的,每种type可以有多个module的),下面8个钩子函数,表示对应的事件发生时会调用这些方法(当然,module也可以不实现)。commands指向这个module所属的command结构,例如,http module是这么定义自己的command的:

    
    


    我们再看看ngx_command_s的定义:

    
    


    所以,上文我说过,ngx_conf_handler方法会调用每个module里自己实现的set钩子函数,如果我们编译了http module(默认都有),那么就会在ngx_conf_handler方法中调用上面的ngx_http_block函数。这个ngx_http_block函数值得详细说说,因为它这时读取配置文件,决定要监听哪些http端口,它会把这些信息通过传进来的ngx_conf_t指针塞给ngx_cycle这个核心变量。

    ngx_event_core_module也是个核心module,之前说到的到底是由epoll、select、poll还是kqueue来实现IO多路复用,就是由这个module来搞定的。

    继续向下。ngx_init_cycle函数再来调用所有module实现的init_conf钩子函数。之后,执行到现在nginx进程终于要开始监听端口了。这事很关键,刚刚调用过各个module的set钩子方法了,例如上面http module的ngx_http_block方法,这些方法已经给ngx_cycle的listening数组塞进了需要监听的端口。为什么要现在就开始listen呢?因为现在还没有fork出worker子进程哈。大家知道,linux系统下,fork出的子进程会共享父进程的地址空间,所以,需要在全部worker进程中做的事,就都放到ngx_init_cycle里来做吧。监听的句柄,会被所有nginx worker共享使用的。

    监听完指定的端口后,开始调用所有module实现的init_module钩子函数。接下来,要准备进程间通讯的事了。一个master,多个worker,这些进程间通过什么方式通讯呢?这里不展开了,下次再细说。它们也通过共享内存交换数据,这时开始初始化共享内存。终于,ngx_init_cycle执行完了,松口气?

    接着,main函数要初始化信号量,进程间的同步都是通过信号量来玩的。然后创建pidfile,这个文件用于启动完成以后通过nginx命令行,对nginx进程发送信号量来控制它。main函数的最后,开始执行ngx_master_process_cycle函数了,这个函数做master进程该做的事。它首先调用ngx_start_worker_processes去启动worker,按照配置文件中配置的worker数量,fork出许多子进程,每个子进程执行ngx_worker_process_cycle函数,雅思考试券这是个死循环函数,将开始处理真正的用户请求。

    ngx_master_process_cycle函数再调用ngx_start_cache_manager_processes启动cache的管理进程,这块限于篇幅,下次有空再讲吧。最后,ngx_master_process_cycle进入死循环,开始准备接收信号量传来的命令,以及监控每一个worker的运行状态,如果有worker非正常死掉,还会重新拉起的。

    最后声明下,我是以nginx-0.7.65版本做例子来说的,上面列到的源代码文件,都是针对这个版本的。当然,我说的这些都是核心函数,其实1.x版本与之差别非常小。

    熟悉了nginx的启动过程,知道它干了哪些事,就可以研究worker进程如何处理用户请求了。下次再说吧。

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