Nginx（Engine X）是一個(gè)高性能的HTTP和反向代理服務(wù)器，它以其高并發(fā)、高性能和低資源消耗著稱。這篇文章，我們將從原理、代碼以及示例來(lái)深入分析 Nginx如何處理請(qǐng)求。

Nginx請(qǐng)求處理原理

Nginx請(qǐng)求處理的原理主要涉及以下 6個(gè)核心技術(shù)點(diǎn)：

• 事件驅(qū)動(dòng)模型
• 異步非阻塞處理
• 進(jìn)程模型
• 模塊化設(shè)計(jì)
• 負(fù)載均衡和反向代理
• 配置文件解析

接下來(lái)我們將一一分析它們：

事件驅(qū)動(dòng)模型

Nginx的事件驅(qū)動(dòng)模型基于非阻塞 I/O 和事件循環(huán)。它使用多路復(fù)用技術(shù)（如 epoll、kqueue 等）來(lái)監(jiān)控多個(gè)連接，并在事件發(fā)生時(shí)調(diào)用相應(yīng)的處理器。

多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)是事件驅(qū)動(dòng)模型的關(guān)鍵。Nginx 支持多種多路復(fù)用機(jī)制，包括：

• epoll：Linux 平臺(tái)上的高效多路復(fù)用機(jī)制，適用于大量并發(fā)連接。
• kqueue：FreeBSD、OpenBSD、macOS 等平臺(tái)的多路復(fù)用機(jī)制。
• select 和 poll：較早期的多路復(fù)用機(jī)制，適用于較少的并發(fā)連接。

Nginx 會(huì)根據(jù)操作系統(tǒng)的不同自動(dòng)選擇最優(yōu)的多路復(fù)用機(jī)制。

事件循環(huán)

在 Nginx 中，事件循環(huán)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控和處理網(wǎng)絡(luò)事件。其基本流程如下：

• 初始化：初始化事件模塊，配置事件處理機(jī)制（如 epoll）。
• 事件監(jiān)聽(tīng)：監(jiān)聽(tīng)客戶端連接請(qǐng)求、數(shù)據(jù)可讀可寫(xiě)等事件。
• 事件檢測(cè)：通過(guò)多路復(fù)用機(jī)制檢測(cè)事件的發(fā)生。
• 事件分發(fā)：將檢測(cè)到的事件分發(fā)給對(duì)應(yīng)的事件處理器。
• 事件處理：調(diào)用回調(diào)函數(shù)來(lái)處理具體的事件，如讀取請(qǐng)求、發(fā)送響應(yīng)等。

事件處理

Nginx 的事件處理是通過(guò)一系列的回調(diào)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些回調(diào)函數(shù)在不同的事件階段被調(diào)用，包括：

• 連接建立：處理新連接的建立。
• 請(qǐng)求讀?。簭目蛻舳俗x取請(qǐng)求數(shù)據(jù)。
• 響應(yīng)發(fā)送：向客戶端發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)。
• 連接關(guān)閉：處理連接的關(guān)閉。

###Worker 進(jìn)程

Nginx 使用多進(jìn)程架構(gòu)，其中每個(gè) Worker 進(jìn)程都是一個(gè)獨(dú)立的事件驅(qū)動(dòng)服務(wù)器。Master 進(jìn)程負(fù)責(zé)管理 Worker 進(jìn)程，而 Worker 進(jìn)程則負(fù)責(zé)處理客戶端請(qǐng)求。每個(gè) Worker 進(jìn)程都有自己的事件循環(huán)，能夠獨(dú)立處理并發(fā)連接。

異步非阻塞處理

異步非阻塞意味著 Nginx在處理一個(gè)請(qǐng)求時(shí)，可以進(jìn)行 I/O操作而不被阻塞，當(dāng)請(qǐng)求發(fā)起后，處理過(guò)程中的任何耗時(shí)操作（如磁盤(pán)I/O，網(wǎng)絡(luò)I/O）都不會(huì)阻塞整個(gè)處理。Nginx通過(guò)將這些操作放在異步事件中等待完成，釋放工作進(jìn)程來(lái)處理其他可用事件。

進(jìn)程模型

Nginx 采用了 Master-Worker 多進(jìn)程架構(gòu)，其中包含一個(gè)主進(jìn)程（Master Process）和一個(gè)或多個(gè)工作進(jìn)程（Worker Processes）。這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)可以確保責(zé)任分離，以便更好地管理系統(tǒng)資源、并發(fā)請(qǐng)求處理與故障恢復(fù)。

Master進(jìn)程

職責(zé)

• Master進(jìn)程的主要職責(zé)是管理和控制工作進(jìn)程。
• 接收和處理來(lái)自外部（如管理員）的請(qǐng)求，例如配置重載、啟動(dòng)或關(guān)閉 Nginx。
• 在啟動(dòng)時(shí)讀取和解析配置文件，初始化各種全局變量和資源。

主要功能

• 啟動(dòng)和終止 Worker 進(jìn)程：Master 進(jìn)程負(fù)責(zé)分批啟動(dòng)工作進(jìn)程，并根據(jù)需要重啟或終止工作進(jìn)程。
• 管理信號(hào)：監(jiān)聽(tīng)和處理系統(tǒng)信號(hào)（如 SIGHUP 用于重載配置，SIGTERM 用于關(guān)閉服務(wù)器等）。
• 平滑升級(jí)：做出配置更改或執(zhí)行 Nginx 版本升級(jí)時(shí)，可以通過(guò)不間斷地重新啟動(dòng)工作進(jìn)程實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

Worker進(jìn)程

職責(zé)

• 處理客戶端請(qǐng)求的所有工作。所有實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)事件處理都在工作進(jìn)程中進(jìn)行，包括接受連接、讀取請(qǐng)求、處理請(qǐng)求、發(fā)送響應(yīng)，等等。
• 每個(gè) Worker 進(jìn)程都是相互獨(dú)立的，同時(shí)可以處理獨(dú)立的連接。

主要特性和功能

• 無(wú)共享狀態(tài)：每個(gè) Worker 內(nèi)存相互獨(dú)立，這樣可以避免在編程中可能出現(xiàn)的很多鎖問(wèn)題，提高并行處理效率。
• 事件驅(qū)動(dòng)和非阻塞 I/O：Worker 進(jìn)程使用非阻塞 I/O 和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制（如 epoll、kqueue 等）來(lái)處理請(qǐng)求，這使得在同一時(shí)間可以處理大量的并發(fā)請(qǐng)求。
• 進(jìn)程模型的競(jìng)爭(zhēng)連接機(jī)制：所有 Worker 進(jìn)程均平等地受到請(qǐng)求連接，具體哪個(gè)進(jìn)程處理新連接由端口復(fù)用技術(shù)和操作系統(tǒng)決定。

進(jìn)程之間的通信

Nginx 的 Master 和 Worker 進(jìn)程之間使用 UNIX 信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效的通信，Master 進(jìn)程對(duì)信號(hào)的響應(yīng)可以帶來(lái)整體行為的變化。例如：

SIGHUP：重新加載配置，此時(shí) Master進(jìn)程會(huì)完成以下幾件事：

• 檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤后生成新配置。
• 啟動(dòng)新的 Worker 進(jìn)程。
• 逐漸關(guān)閉舊的 Worker 進(jìn)程，以便不會(huì)中斷現(xiàn)有連接。

SIGTERM/SIGQUIT：優(yōu)雅地關(guān)閉 Nginx 服務(wù)器。此時(shí)，Master 進(jìn)程會(huì)通知 Worker 進(jìn)程在所有當(dāng)前請(qǐng)求完成后關(guān)閉。

SIGUSR1：重新打開(kāi)日志文件，通常用于日志切換。

模塊化設(shè)計(jì)

Nginx以模塊化的方式設(shè)計(jì)，通過(guò)不同類(lèi)型的模塊（如HTTP模塊、事件模塊、Mail模塊等）來(lái)完成不同功能。每種模塊提供了處理請(qǐng)求的特定功能，組合在一起完成完整的HTTP服務(wù)。

負(fù)載均衡和反向代理

Nginx可以配置為反向代理，在處理請(qǐng)求時(shí)直接轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器。它可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，根據(jù)設(shè)定的策略（如輪詢、最少連接）來(lái)分配請(qǐng)求。

配置文件解析

Nginx通過(guò)配置文件執(zhí)行請(qǐng)求的處理定義。配置文件指定服務(wù)器塊、位置塊和其他配置指令，用以指示Nginx如何響應(yīng)不同的HTTP請(qǐng)求。

代碼分析

Nginx的代碼是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，下面我們分析一些關(guān)鍵的代碼片段來(lái)了解其工作原理。

啟動(dòng)流程

Nginx的啟動(dòng)從main函數(shù)開(kāi)始，在src/core/nginx.c文件中：

int main(int argc, char *const *argv) {
    ngx_log_t         *log;
    ngx_cycle_t       *cycle, init_cycle;
    ngx_core_conf_t   *ccf;
    ngx_conf_t        cf;
    
    // 初始化日志、信號(hào)處理等
    ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, log, 0, "nginx version: " NGINX_VERSION);
    
    // 獲取命令行參數(shù)
    process_args(argc, argv, &init_cycle);
    
    // 初始化周期
    cycle = ngx_init_cycle(&init_cycle);
    
    // 循環(huán)處理到來(lái)的請(qǐng)求
    ngx_process_events_and_timers(cycle);
    
    return 0;
}

ngx_init_cycle是初始化Nginx周期的函數(shù)，其中包括配置文件的加載和解析。

事件循環(huán)

核心的事件循環(huán)位于ngx_process_events_and_timers函數(shù)中：

void ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle) {
    ngx_msec_t  timer, delta;
    ngx_uint_t  i;
    
    for (;;) {
        // 獲取即將觸發(fā)的事件和時(shí)間
        timer = ngx_event_find_timer();
        
        if (timer == NGX_TIMER_INFINITE) {
            timer = (ngx_msec_t) NGX_TIMER_INFINITE_VALUE;
        }
        
        // 等待事件到來(lái)
        (void) ngx_process_events(cycle, timer, 0);
        
        // 調(diào)用定時(shí)器事件
        ngx_event_expire_timers();
        
        // 處理延遲文件事件
        ngx_handle_delayed_events(cycle);
    }
}

在這個(gè)循環(huán)中，Nginx持續(xù)地等待事件的發(fā)生，然后根據(jù)事件的類(lèi)型執(zhí)行相應(yīng)的操作。

請(qǐng)求處理

實(shí)際的HTTP請(qǐng)求處理則是在ngx_http_process_request中完成：

void ngx_http_process_request(ngx_http_request_t *r) {
    ngx_connection_t       *c;
    ngx_http_core_main_conf_t  *cmcf;
    
    c = r->connection;
    
    // 處理的階段分為不同的handler
    cmcf = ngx_http_get_module_main_conf(r, ngx_http_core_module);
    
    // Match the location
    ngx_http_core_find_config_phase(r);
    
    // Perform access checks
    if (ngx_http_process_request_uri(r) != NGX_OK) {
        return;
    }
    
    // Execute input body filters
    if (ngx_http_read_client_request_body(r, ngx_http_request_body_handler) >= NGX_HTTP_SPECIAL_RESPONSE) {
        return;
    }
    
    // Call content handler
    ngx_http_core_content_phase(r);
}

在這個(gè)函數(shù)里，Nginx逐一執(zhí)行請(qǐng)求生命周期中的各個(gè)階段，包括URI解析，權(quán)限檢查，讀取請(qǐng)求體，以及最終的內(nèi)容處理。

示例配置

為了更好地理解 Nginx如何處理請(qǐng)求，在這里，我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器的配置例子來(lái)說(shuō)明：

worker_processes  1;

events {
    worker_connections 1024;
}

http {
    server {
        listen 80;
        server_name localhost;
        
        location / {
            root /var/www/html;
            index index.html index.htm;
        }
    }
}

配置分析：

• worker_processes 1;：指定Nginx使用一個(gè)worker進(jìn)程。
• worker_connections 1024;：每個(gè)worker進(jìn)程最多支持1024個(gè)并發(fā)連接。
• http {}：開(kāi)始一個(gè)HTTP配置上下文。
• server {}：定義一個(gè)虛擬服務(wù)器。
• listen 80;：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)80端口。
• server_name localhost;：指定服務(wù)器名。
• location / {}：定義根目錄的請(qǐng)求處理位置。
• root /var/www/html;：將所有對(duì)根目錄的請(qǐng)求映射到文件系統(tǒng)的/var/www/html目錄。
• index index.html index.htm;：指定默認(rèn)的首頁(yè)文件。

總結(jié)

Nginx的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)牢牢把握住了高性能和高并發(fā)的目標(biāo)，通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)模型、異步處理、多進(jìn)程架構(gòu)以及豐富的模塊系統(tǒng)，Nginx不僅可以高效地處理HTTP請(qǐng)求，還可以通過(guò)模塊化的配置系統(tǒng)進(jìn)行極為靈活的部署和定制。通過(guò)深入Nginx的代碼和運(yùn)行原理，我們可以更好地理解和優(yōu)化我們的Nginx服務(wù)器配置。

以上就是一文帶你搞懂Nginx如何處理請(qǐng)求的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Nginx處理請(qǐng)求的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

最新評(píng)論