一、Nginx整体架构

正常执行中的nginx会有多个进程,最基本的有master process(监控进程,也叫做主进程)和woker process(工作进程),还可能有cache相关进程。
 
 
二、核心进程模型
启动nginx的主进程将充当监控进程,而由主进程fork()出来的子进程则充当工作进程。
nginx也可以单进程模型执行,在这种进程模型下,主进程就是工作进程,没有监控进程。
 
Nginx的核心进程模型框图如下:
master进程
监控进程充当整个进程组与用户的交互接口,同时对进程进行监护。它不需要处理网络事件,不负责业务的执行,只会通过管理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。
master进程全貌图(来自阿里集团数据平台博客):
 
master进程中for(::)无限循环内有一个关键的sigsuspend()函数调用,该函数调用是的master进程的大部分时间都处于挂起状态,直到master进程收到信号为止。
 
master进程通过检查一下7个标志位来决定ngx_master_process_cycle方法的运行:
sig_atomic_t ngx_reap;
sig_atomic_t ngx_terminate;
sig_atomic_t ngx_quit;
sig_atomic_t ngx_reconfigure;
sig_atomic_t ngx_reopen;
sig_atomic_t ngx_change_binary;
sig_atomic_t ngx_noaccept;
进程中接收到的信号对Nginx框架的意义:
信号 对应进程中的全局标志位变量 意义
QUIT ngx_quit 优雅地关闭整个服务
TERM或INT ngx_terminate 强制关闭整个服务
USR1 ngx_reopen 重新打开服务中的所有文件
WINCH ngx_noaccept 所有子进程不再接受处理新的连接,实际相当于对所有子进程发送QUIT信号
USR2 ngx_change_binary 平滑升级到新版本的Nginx程序
HUP ng_reconfigure 重读配置文件
CHLD ngx_reap 有子进程以外结束,需要监控所有子进程
 
还有一个标志位会用到:ngx_restart,它仅仅是在master工作流程中作为标志位使用,与信号无关。
 
nginx的进程启动过程是在ngx_master_process_cycle中完成的,在ngx_master_process_cycle中,会根据配置文件的worker_processes值创建多个子进程,即一个master进程和多个worker进程。进程之间、进程与外部之间保持通信,进程之间是通过socketpair进行通信的,socketpair是一对全双工的无名socket,可以当作管道使用,和管道不同的是,每条socket既可以读也可以写,而管道只能用于写或者用于读;进程与外部之间是通过信号通信的。

master进程主要进行一些全局性的初始化工作和管理worker的工作;事件处理是在worker中进行的。

进程启动的过程中,有一些重要的全局数据会被设置,最重要的是进程表ngx_processes,master每创建一个worker都会把一个设置好的ngx_process_t结构变量放入ngx_processes中,进程表长度为1024,刚创建的进程存放在ngx_process_slot位置,ngx_last_process是进程表中最后一个存量进程的下一个位置,ngx_process_t是进程在nginx中的抽象:

typedef void (*ngx_spawn_proc_pt) (ngx_cycle_t *cycle, void *data);

typedef struct {
ngx_pid_t pid; //进程id
int status; //进程状态
ngx_socket_t channel[]; //socketpair创建的socket句柄 ngx_spawn_proc_pt proc; //进程执行函数
void *data; //执行函数的参数
char *name; //名称 unsigned respawn:; //重新创建
unsigned just_spawn:; //第一次创建的
unsigned detached:; //分离的
unsigned exiting:; //正在退出的
unsigned exited:; //退出过的
} ngx_process_t;

ngx_master_process_cycle中完成ngx的进程启动过程:

1.master进程设置一些需要处理的信号量

2.调用ngx_setproctitle设置进程标题

3.调用ngx_start_worker_processes启动worker进程

4.调用ngx_start_cache_manager_processes启动文件cache管理进程

5.master进程循环处理信号量,从而实现管理worker子进程

核心代码(ngx_process_cycle.c):
void
ngx_master_process_cycle(ngx_cycle_t *cycle)
{
char *title;
u_char *p;
size_t size;
ngx_int_t i;
ngx_uint_t n, sigio;
sigset_t set;
struct itimerval itv;
ngx_uint_t live;
ngx_msec_t delay;
ngx_listening_t *ls;
ngx_core_conf_t *ccf; //信号处理设置工作,master设置一些需要处理的信号
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGCHLD);
sigaddset(&set, SIGALRM);
sigaddset(&set, SIGIO);
sigaddset(&set, SIGINT);
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_RECONFIGURE_SIGNAL));
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL));
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_NOACCEPT_SIGNAL));
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL));
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
sigaddset(&set, ngx_signal_value(NGX_CHANGEBIN_SIGNAL)); if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"sigprocmask() failed");
} sigemptyset(&set); //调用ngx_setproctilte设置进程标题
size = sizeof(master_process); for (i = ; i < ngx_argc; i++) {
size += ngx_strlen(ngx_argv[i]) + ;
} title = ngx_pnalloc(cycle->pool, size); p = ngx_cpymem(title, master_process, sizeof(master_process) - );
for (i = ; i < ngx_argc; i++) {
*p++ = ' ';
p = ngx_cpystrn(p, (u_char *) ngx_argv[i], size);
} ngx_setproctitle(title); ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_core_module); //其中包含了fork产生子进程的内容,调用ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes, NGX_PROCESS_RESPAWN)启动worker进程
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
//Cache管理进程与cache加载进程的主流程,调用ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0)启动文件cache管理进程,有些模块需要文件cache
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, ); ngx_new_binary = ;
delay = ;
sigio = ;
live = ;
//master循环处理信号量
for ( ;; ) {//循环
     //delay用来设置等待worker推出的时间,master接受了退出信号后,
     //首先发送退出信号给worker,而worker退出需要一些时间
if (delay) {
if (ngx_sigalrm) {
sigio = ;
delay *= ;
ngx_sigalrm = ;
}
        
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, ,
"termination cycle: %d", delay); itv.it_interval.tv_sec = ;
itv.it_interval.tv_usec = ;
itv.it_value.tv_sec = delay / ;
itv.it_value.tv_usec = (delay % ) * ; if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"setitimer() failed");
}
} ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, , "sigsuspend"); sigsuspend(&set);//master进程休眠,等待接受信号被激活 ngx_time_update(); ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, ,
"wake up, sigio %i", sigio); //标志位为1表示需要监控所有子进程,收到了SIGCHLD信号,有worker退出(ngx_reap == 1)
if (ngx_reap) {
ngx_reap = ;
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, , "reap children");
       //处理所有worker,如果有worker异常退出,则重启这个worker,如果所有的worker都退出了,则返回0
live = ngx_reap_children(cycle);//管理子进程
} //当live标志位为0(表示所有子进程已经退出)、ngx_terminate标志位为1或者ngx_quit标志位为1表示要退出master进程
if (!live && (ngx_terminate || ngx_quit)) {
ngx_master_process_exit(cycle);//退出master进程
} //ngx_terminate标志位为1,强制关闭服务,发送TERM信号到所有子进程
if (ngx_terminate) {
if (delay == ) {
delay = ;
} if (sigio) {
sigio--;
continue;
} sigio = ccf->worker_processes + /* cache processes */; if (delay > ) {
//延时已到,给所有worker发送SIGKILL信号,强制杀死worker
ngx_signal_worker_processes(cycle, SIGKILL);
} else {
//给所有worker发送SIGTERM信号,通知worker退出
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL));
} continue;
} //ngx_quit标志位为1,优雅的关闭服务
if (ngx_quit) {
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));//向所有子进程发送quit信号 ls = cycle->listening.elts;
for (n = ; n < cycle->listening.nelts; n++) {//关闭监听端口
if (ngx_close_socket(ls[n].fd) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_socket_errno,
ngx_close_socket_n " %V failed",
&ls[n].addr_text);
}
}
cycle->listening.nelts = ; continue;
} //ngx_reconfigure标志位为1,重新读取配置文件
//nginx不会让原来的worker子进程再重新读取配置文件,其策略是重新初始化ngx_cycle_t结构体,用它来读取新的额配置文件
//再创建新的额worker子进程,销毁旧的worker子进程
if (ngx_reconfigure) {
ngx_reconfigure = ; //ngx_new_binary标志位为1,平滑升级Nginx
if (ngx_new_binary) {
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, );
ngx_noaccepting = ; continue;
} ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "reconfiguring"); //初始化ngx_cycle_t结构体
cycle = ngx_init_cycle(cycle);
if (cycle == NULL) {
cycle = (ngx_cycle_t *) ngx_cycle;
continue;
} ngx_cycle = cycle;
ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx,
ngx_core_module);
//创建新的worker子进程
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, ); /* allow new processes to start */
ngx_msleep(); live = ;
//向所有子进程发送QUIT信号
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
//ngx_restart标志位在ngx_noaccepting(表示正在停止接受新的连接)为1的时候被设置为1.
//重启子进程
if (ngx_restart) {
ngx_restart = ;
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, );
live = ;
} //ngx_reopen标志位为1,重新打开所有文件
if (ngx_reopen) {
ngx_reopen = ;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "reopening logs");
ngx_reopen_files(cycle, ccf->user);
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL));
} //平滑升级Nginx
if (ngx_change_binary) {
ngx_change_binary = ;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "changing binary");
ngx_new_binary = ngx_exec_new_binary(cycle, ngx_argv);
} //ngx_noaccept为1,表示所有子进程不再处理新的连接,worker退出,master不退出
if (ngx_noaccept) {
ngx_noaccept = ;
ngx_noaccepting = ;
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
}
}

ngx_start_worker_processes函数:

函数作用:循环创建n个worker子进程

循环中的具体步骤:

1.在ngx_spawn_process中创建好一个worker进程

2.master进程将刚创建的worker进程的pid、worker进程在ngx_processes数组中的位置及channel[0]传递给前面已经创建好的worker进程,其中channel用于进程间通信

3.继续循环开始创建下一个worker进程

static void
ngx_start_worker_processes(ngx_cycle_t *cycle, ngx_int_t n, ngx_int_t type)
{
ngx_int_t i;
ngx_channel_t ch; ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "start worker processes");
//传递给其他worker子进程的命令,打开通信管道
ch.command = NGX_CMD_OPEN_CHANNEL; //循环创建n个worker子进程
for (i = ; i < n; i++) {
//完成fok新进程的具体工作
ngx_spawn_process(cycle, ngx_worker_process_cycle,
(void *) (intptr_t) i, "worker process", type); //全局数组ngx_processes就是用来存储每个子进程的相关信息,如:pid,channel,进程做具体事情的接口指针等等,这些信息就是用结构体ngx_process_t来描述的。
ch.pid = ngx_processes[ngx_process_slot].pid;
ch.slot = ngx_process_slot;
ch.fd = ngx_processes[ngx_process_slot].channel[]; /*在ngx_spawn_process创建好一个worker进程返回后,master进程就将worker进程的pid、worker进程在ngx_processes数组中的位置及channel[0]传递给前面已经创建好的worker进程,然后继续循环开始创建下一个worker进程。刚提到一个channel[0],这里简单说明一下:channel就是一个能够存储2个整型元素的数组而已,这个channel数组就是用于socketpair函数创建一个进程间通道之用的。master和worker进程以及worker进程之间都可以通过这样的一个通道进行通信,这个通道就是在ngx_spawn_process函数中fork之前调用socketpair创建的。*/
ngx_pass_open_channel(cycle, &ch);
}
}

ngx_spawn_process函数:

ngx_spawn_process用于具体创建worker进程。

步骤:

1.在进程表中为将要创建的子进程分配一个表项,若分配失败,则出错

2.创建父子进程间通信的socket对,设置channel

3.创建子进程:设置进程id,进程运行执行函数,设置好进程表项字段

//参数解释:
//cycle:nginx框架所围绕的核心结构体
//proc:子进程中将要执行的工作循环
//data:参数
//name:子进程名字
ngx_pid_t
ngx_spawn_process(ngx_cycle_t *cycle, ngx_spawn_proc_pt proc, void *data,
char *name, ngx_int_t respawn)
{
u_long on;
ngx_pid_t pid;
ngx_int_t s;//将要创建的子进程在进程表中的位置
//替换进程ngx_processes[respawn],可安全重用该进程表项
if (respawn >= ) {
s = respawn; } else {//先找到一个被回收的进程表项
for (s = ; s < ngx_last_process; s++) {
if (ngx_processes[s].pid == -) {
break;
}
}
//进程表已经满
if (s == NGX_MAX_PROCESSES) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ,
"no more than %d processes can be spawned",
NGX_MAX_PROCESSES);
return NGX_INVALID_PID;
}
} if (respawn != NGX_PROCESS_DETACHED) { /* Solaris 9 still has no AF_LOCAL */
//创建父子进程间通信的套接字对(基于TCP)
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, , ngx_processes[s].channel) == -)
{
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"socketpair() failed while spawning \"%s\"", name);
return NGX_INVALID_PID;
} ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_CORE, cycle->log, ,
"channel %d:%d",
ngx_processes[s].channel[],
ngx_processes[s].channel[]); //设置socket为非阻塞模式
if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[]) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
ngx_nonblocking_n " failed while spawning \"%s\"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
} if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[]) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
ngx_nonblocking_n " failed while spawning \"%s\"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
//开启channel[0]的消息驱动IO
on = ;
if (ioctl(ngx_processes[s].channel[], FIOASYNC, &on) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"ioctl(FIOASYNC) failed while spawning \"%s\"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
//设置channel[0]的宿主,控制channel[0]的SIGIO信号只发给这个进程
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[], F_SETOWN, ngx_pid) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(F_SETOWN) failed while spawning \"%s\"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
//若进程执行了exec后,关闭socket
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(FD_CLOEXEC) failed while spawning \"%s\"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
//同上
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(FD_CLOEXEC) failed while spawning \"%s\"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
} ngx_channel = ngx_processes[s].channel[]; } else {
ngx_processes[s].channel[] = -;
ngx_processes[s].channel[] = -;
}
//设置当前子进程的进程表索引值
ngx_process_slot = s; //创建子进程
pid = fork(); switch (pid) { case -:
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fork() failed while spawning \"%s\"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID; case :
ngx_pid = ngx_getpid();//设置当前子进程的进程id
proc(cycle, data);//子进程运行执行函数 
break; default:
break;
} ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "start %s %P", name, pid);
//设置一些进程表项字段
ngx_processes[s].pid = pid;
ngx_processes[s].exited = ;
//如果是重复创建,即为替换进程,不用设置其他进程表字段,直接返回。
if (respawn >= ) {
return pid;
} ngx_processes[s].proc = proc;
ngx_processes[s].data = data;
ngx_processes[s].name = name;
ngx_processes[s].exiting = ;
//设置进程表项的一些状态字
switch (respawn) { case NGX_PROCESS_NORESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = ;
ngx_processes[s].just_spawn = ;
ngx_processes[s].detached = ;
break; case NGX_PROCESS_JUST_SPAWN:
ngx_processes[s].respawn = ;
ngx_processes[s].just_spawn = ;
ngx_processes[s].detached = ;
break; case NGX_PROCESS_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = ;
ngx_processes[s].just_spawn = ;
ngx_processes[s].detached = ;
break; case NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = ;
ngx_processes[s].just_spawn = ;
ngx_processes[s].detached = ;
break; case NGX_PROCESS_DETACHED:
ngx_processes[s].respawn = ;
ngx_processes[s].just_spawn = ;
ngx_processes[s].detached = ;
break;
} if (s == ngx_last_process) {
ngx_last_process++;
} return pid;
}

worker进程

worker进程的主要任务是完成具体的任务逻辑。其主要关注点是与客户端或后端真实服务器(此时nginx作为中间代理)之间的数据可读/可写等I/O交互事件,所以工作进程的阻塞点是在像select()、epoll_wait()等这样的I/O多路复用函数调用处,以等待发生数据可读/写事件。当然也可能被新收到的进程信号中断。
 
master进程如何通通知worker进程去做某些工作呢?采用的是信号。
当收到信号时,信号处理函数ngx_signal_handler()就会执行。
 
对于worker进程的工作方法ngx_worker_process_cycle来说,它主要关注4个全局标志位:
sig_atomic_t ngx_terminate;//强制关闭进程
sig_atomic_t ngx_quit;//优雅地关闭进程(有唯一一段代码会设置它,就是接受到QUIT信号。ngx_quit只有在首次设置为1,时,才会将ngx_exiting置为1)
ngx_uint_t ngx_exiting;//退出进程标志位
sig_atomic_t ngx_reopen;//重新打开所有文件
 
其中ngx_terminate、ngx_quit 、ngx_reopen都将由ngx_signal_handler根据接受到的信号来设置。ngx_exiting标志位仅由ngx_worker_cycle方法在退出时作为标志位使用。
核心代码(ngx_process_cycle.c):
子进程处理函数
static void
ngx_worker_process_cycle(ngx_cycle_t *cycle, void *data)
{
ngx_int_t worker = (intptr_t) data; ngx_uint_t i;
ngx_connection_t *c; ngx_process = NGX_PROCESS_WORKER; //子进程初始化
ngx_worker_process_init(cycle, worker); ngx_setproctitle("worker process"); //这里有一段多线程条件下的代码。由于nginx并不支持多线程,因此删除掉了 //循环
for ( ;; ) { //ngx_exiting标志位为1,进程退出
if (ngx_exiting) {
c = cycle->connections;
for (i = ; i < cycle->connection_n; i++) {
if (c[i].fd != - && c[i].idle) {
c[i].close = ;
c[i].read->handler(c[i].read);
}
} if (ngx_event_timer_rbtree.root == ngx_event_timer_rbtree.sentinel)
{
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "exiting");
ngx_worker_process_exit(cycle);
}
} ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, , "worker cycle"); ngx_process_events_and_timers(cycle);//处理事件的方法 //强制结束进程
if (ngx_terminate) {
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "exiting");
ngx_worker_process_exit(cycle);
} //优雅地退出进程
if (ngx_quit) {
ngx_quit = ;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, ,
"gracefully shutting down");
ngx_setproctitle("worker process is shutting down"); if (!ngx_exiting) {
ngx_close_listening_sockets(cycle);
//设置ngx_exiting 标志位
ngx_exiting = ;
}
} //重新打开所有文件
if (ngx_reopen) {
ngx_reopen = ;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "reopening logs");
ngx_reopen_files(cycle, -);
}
}
}
转自:
http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9241179
http://blog.csdn.net/lengzijian/article/details/7587740
 
 
 
 
 
 
 
 

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