结构分析

Nginx模块化

• Nginx基于模块化设计，每个模块是一个功能实现，分布式开发，团队协作

• Nginx涉及到的模块分为核心模块、标准HTTP模块、可选HTTP模块、邮件服务模块以及第三方模块等五大类。

• 编译后的源码目录objs/ngx_modules.c

参考文档

• 核心模块
  核心模块是指Nginx服务器正常运行时必不可少的模块，它们提供了Nginx最基本最核心的服务，如进程管理、权限控制、错误日志记录等。
  主要包含对两类功能的支持，一类是主体功能，包括进程管理、权限控制、错误日志记录、配置解析等， 另一类是用于响应请求事件必需的功能，包括事件驱动机制、正则表达式解析等。

• 标准HTTP模块
  标准HTTP模块是编译Nginx后包含的模块，其支持Nginx服务器的标准HTTP功能。

• 可选HTTP模块
  可选HTTP模块主要用于扩展标准的HTTP功能，使其能够处理一些特殊的HTTP请求。在编译Nginx时，如果不指定这些模块，默认是不会安装的。

• 邮件服务模块
  邮件服务模块主要用于实现邮件服务功能，如SMTP代理服务器、POP3代理服务器等。

• 第三方模块
  并非有Nginx官方提供，而是由第三方机构或者个人开发的模块，用于实现某种特殊功能。
  echo-nginx-module 支持在Nginx配置文件中使用echo、sleep、time以及exec等类shell命令
  lua-nginx-module 使Nginx支持lua脚本语言

Nginx的web请求机制

并行处理：多进程、多线程、异步

• 同步机制
  同步、异步发生在当客户端发起请求后，服务端处理客户端的请求时。
  同步机制，是指客户端发送请求后，需要等待服务端（内核）返回信息后，再继续发送下一个请求。
  在同步机制中，所有的请求在服务器端得到同步，即发送方和接收方对请求的处理步调是一致的。

• 异步机制
  异步机制，是指客户端发出一个请求后，不等待服务端（内核）返回信息，就继续发送下一个请求。
  在异步机制中，所有来自发送方的请求形成一个队列，接收方处理完后再通知发送方。
  举例：

  • 一家酒店前台，在旺季的高峰时间段会接很多预定酒席的电话。

  • 如果是同步机制情况下，前台每接一个电话后先不挂掉电话，而是去查询有无剩余酒席，查到结果后，告诉客户。

  • 如果是异步机制情况下，前台每接一个预定电话直接回复客户，一会回复，此时前台把查询这件事情交给了另外的同事，

  • 该前台挂掉电话后，继续处理其他客户的事情，当另外的同事查询到结果后再通知给前台，前台再通知客户。

• 阻塞
  阻塞与非阻塞发生在IO调度中，比如内核到磁盘IO。
  阻塞方式下，进程/线程在获取最终结果之前，被系统挂起了，也就是所谓的阻塞了，在阻塞过程中该进程什么都干不了，直到最终结果反馈给它时，它才恢复运行状态。

• 非阻塞
  非阻塞方式和阻塞相反，进程/线程在获取最终结果之前，并没有进入被挂起的状态，而是该进程可以继续执行新的任务。
  当有最终结果反馈给该进程时，它再把结果交给客户端。 举例：

  • 依然是酒店前台接待预定酒席电话的案例。

  • 此时角色不再是前台，而是她的查询有无剩余酒席的同事。如果是阻塞方式，该同事在查询有无剩余酒席的过程中，需要傻傻地

  • 等待酒店管理系统给他返回结果，在此期间不能做其他事情。

  • 如果是非阻塞，该同事在等待酒店管理系统给他返回结果这段时间，可以做其他事情，比如可以通知前台剩余酒席的情况。

• Nginx的请求机制
  Nginx之所以可以支持高并发，是因为Nginx用的是异步非阻塞的机制，而Nginx是靠事件驱动模型来实现这种机制的。
  在Nginx的事件驱动模型下，客户端发起的所有请求在服务端都会被标记为一个事件，Nginx会把这些事件收集到“事件收集器”里，然后再把这些事件交给内核去处理。

Nginx事件驱动模型

• 事件驱动模型
  事件驱动模型是实现异步非阻塞的一个手段。事件驱动模型中，一个进程（线程）就可以了。
  对于web服务器来说，客户端A的请求连接到服务端时，服务端的某个进程（Nginx worker process）会处理该请求， 此进程在没有返回给客户端A结果时，它又去处理了客户端B的请求。
  服务端把客户端A以及客户端B发来的请求作为事件交给了“事件收集器”， 而“事件收集器”再把收集到的事件交由“事件发送器”发送给“事件处理器”进行处理。
  最后“事件处理器”处理完该事件后，通知服务端进程，服务端进程再把结果返回给客户端A、客户端B。
  在这个过程中，服务端进程做的事情属于用户级别的，而事件处理这部分工作属于内核级别的。
  也就是说这个事件驱动模型是需要操作系统内核来作为支撑的。

• Nginx的事件驱动模型
  
  Nginx的事件驱动模型，支持select、poll、epoll、rtsig、kqueue、/dev/poll、eventport等。
  最常用的是前三种，其中kqueue模型用于支持BSD系列平台的事件驱动模型。
  kqueue是poll模型的一个变种，本质上和epoll一样。
  /dev/poll是Unix平台的事件驱动模型，其主要在Solaris7及以上版本、HP/UX11.22及以上版本、IRIX6.5.15及以上版本、 Tru64 Unix 5.1A及以上版本的平台使用。
  eventport是用于支持Solaris10及以上版本的事件驱动模型。

  • select模型
    Linux和Windows都支持，使用select模型的步骤是：

    • 创建所关注事件的描述符集合，对于一个描述符，可以关注其上面的读(Read)事件、写(Write)事件以及异常发生(Exception)事件。
      在select模型中，要创建这3类事件描述符集合。

    • 调用底层提供的select()函数，等待事件发生。

    • 轮询所有事件描述符集合中的每一个事件描述符，检查是否有相应的事件发生，如果有就进行处理。

  • poll模型
    poll模型是Linux平台上的事件驱动模型，在Linux2.1.23中引入的，Windows平台不支持该模型。
    poll模型和select模型工作方式基本相同，区别在于，select模型创建了3个描述符集合，而poll模型只创建一个描述符集合。

  • epoll模型
    epoll模型属于poll模型的变种，在Linux2.5.44中引入。epoll比poll更加高效，原因在于它不需要轮询整个描述符集合，而是Linux内核会关注事件集合，当有变动时，内核会发来通知。

设计架构概览

Nginx基于模块化设计、基于事件驱动模型处理请求、主进程和工作进程

• Nginx架构
  Nginx服务器使用 master/worker 多进程模式。
  主进程(Master process)启动后，会接收和处理外部信号；
  主进程启动后通过fork() 函数产生一个或多个子进程(work process)，每个子进程会进行进程初始化、 模块调用以及对事件的接收和处理等工作。
  

  • 主进程
    主要功能是和外界通信和对内部其他进程进行管理，具体来说有以下几点：

    • 读取Nginx配置文件并验证其有效性和正确性

    • 建立、绑定和关闭socket

    • 按照配置生成、管理工作进程

    • 接收外界指令，比如重启、关闭、重载服务等指令

    • 日志文件管理

  • 子进程（worker process)
    是由主进程生成，生成数量可以在配置文件中定义。该进程主要工作有：

    • 接收客户端请求

    • 将请求依次送入各个功能模块进行过滤处理

    • IO调用，获取响应数据

    • 与后端服务器通信，接收后端服务器处理结果

    • 数据缓存，访问缓存索引，查询和调用缓存数据

    • 发送请求结果，响应客户端请求

    • 接收主进程指令，如重启、重载、退出等