Nginx學習之六-nginx核心進程模型
1、Nginx總體架構
正常執行中的nginx會有多個進程，最基本的有master process（監控進程，也叫作主進程）和woker process（工做進程），還可能有cache相關進程。
一個較爲完整的總體框架結構如圖所示：
2、核心進程模型
啓動nginx的主進程將充當監控進程，而由主進程fork()出來的子進程則充當工做進程。
nginx也能夠單進程模型執行，在這種進程模型下，主進程就是工做進程，沒有監控進程。
Nginx的核心進程模型框圖以下：
master進程
監控進程充當整個進程組與用戶的交互接口，同時對進程進行監護。它不須要處理網絡事件，不負責業務的執行，只會經過管理worker進程來實現重啓服務、平滑升級、更換日誌文件、配置文件實時生效等功能。
master進程全貌圖（來自阿里集團數據平臺博客）：
master進程中for(::)無限循環內有一個關鍵的sigsuspend()函數調用，該函數調用是的master進程的大部分時間都處於掛起狀態，直到master進程收到信號爲止。
master進程經過檢查一下7個標誌位來決定ngx_master_process_cycle方法的運行：
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;
進程中接收到的信號對Nginx框架的意義：
| 信號 | 對應進程中的全局標誌位變量 | 意義 |
| QUIT | ngx_quit | 優雅地關閉整個服務 |
| TERM或INT | ngx_terminate | 強制關閉整個服務 |
| USR1 | ngx_reopen | 從新打開服務中的全部文件 |
| WINCH | ngx_noaccept | 全部子進程再也不接受處理新的鏈接，實際至關於對全部子進程發送QUIT信號 |
| USR2 | ngx_change_binary | 平滑升級到新版本的Nginx程序 |
| HUP | ng_reconfigure | 重讀配置文件 |
| CHLD | ngx_reap | 有子進程之外結束，須要監控全部子進程 |
還有一個標誌位會用到：ngx_restart，它僅僅是在master工做流程中做爲標誌位使用，與信號無關。
核心代碼（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;
//信號處理設置工做
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) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"sigprocmask() failed");
}
sigemptyset(&set);
size = sizeof(master_process);
for (i = 0; i < ngx_argc; i++) {
size += ngx_strlen(ngx_argv[i]) + 1;
}
title = ngx_pnalloc(cycle->pool, size);
p = ngx_cpymem(title, master_process, sizeof(master_process) - 1);
for (i = 0; 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產生子進程的內容
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
//Cache管理進程與cache加載進程的主流程
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);
ngx_new_binary = 0;
delay = 0;
sigio = 0;
live = 1;
for ( ;; ) {//循環
if (delay) {
if (ngx_sigalrm) {
sigio = 0;
delay *= 2;
ngx_sigalrm = 0;
}
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"termination cycle: %d", delay);
itv.it_interval.tv_sec = 0;
itv.it_interval.tv_usec = 0;
itv.it_value.tv_sec = delay / 1000;
itv.it_value.tv_usec = (delay % 1000 ) * 1000;
if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"setitimer() failed");
}
}
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "sigsuspend");
sigsuspend(&set);//master進程休眠，等待接受信號被激活
ngx_time_update();
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"wake up, sigio %i", sigio);
//標誌位爲1表示須要監控全部子進程
if (ngx_reap) {
ngx_reap = 0;
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "reap children");
live = ngx_reap_children(cycle);//管理子進程
}
//當live標誌位爲0（表示全部子進程已經退出）、ngx_terminate標誌位爲1或者ngx_quit標誌位爲1表示要退出master進程
if (!live && (ngx_terminate || ngx_quit)) {
ngx_master_process_exit(cycle);//退出master進程
}
//ngx_terminate標誌位爲1，強制關閉服務，發送TERM信號到全部子進程
if (ngx_terminate) {
if (delay == 0) {
delay = 50;
}
if (sigio) {
sigio--;
continue;
}
sigio = ccf->worker_processes + 2 /* cache processes */;
if (delay > 1000) {
ngx_signal_worker_processes(cycle, SIGKILL);
} else {
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL));
}
continue;
}
//ngx_quit標誌位爲1，優雅的關閉服務
if (ngx_quit) {
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));//向全部子進程發送quit信號
ls = cycle->listening.elts;
for (n = 0; n < cycle->listening.nelts; n++) {//關閉監聽端口
if (ngx_close_socket(ls[n].fd) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_socket_errno,
ngx_close_socket_n " %V failed",
&ls[n].addr_text);
}
}
cycle->listening.nelts = 0;
continue;
}
//ngx_reconfigure標誌位爲1，從新讀取配置文件
//nginx不會讓原來的worker子進程再從新讀取配置文件，其策略是從新初始化ngx_cycle_t結構體，用它來讀取新的額配置文件
//再建立新的額worker子進程，銷燬舊的worker子進程
if (ngx_reconfigure) {
ngx_reconfigure = 0;
//ngx_new_binary標誌位爲1，平滑升級Nginx
if (ngx_new_binary) {
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);
ngx_noaccepting = 0;
continue;
}
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reconfiguring");
//初始化ngx_cycle_t結構體
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);
//建立新的worker子進程
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 1);
/* allow new processes to start */
ngx_msleep(100);
live = 1;
//向全部子進程發送QUIT信號
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
//ngx_restart標誌位在ngx_noaccepting（表示正在中止接受新的鏈接）爲1的時候被設置爲1.
//重啓子進程
if (ngx_restart) {
ngx_restart = 0;
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);
live = 1;
}
//ngx_reopen標誌位爲1，從新打開全部文件
if (ngx_reopen) {
ngx_reopen = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reopening logs");
ngx_reopen_files(cycle, ccf->user);
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL));
}
//平滑升級Nginx
if (ngx_change_binary) {
ngx_change_binary = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "changing binary");
ngx_new_binary = ngx_exec_new_binary(cycle, ngx_argv);
}
//ngx_noaccept爲1，表示全部子進程再也不處理新的鏈接
if (ngx_noaccept) {
ngx_noaccept = 0;
ngx_noaccepting = 1;
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
}
}
ngx_start_worker_processes函數：
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, 0, "start worker processes");
ch.command = NGX_CMD_OPEN_CHANNEL;
//循環建立n個worker子進程
for (i = 0; i < n; i++) {
//完成fok新進程的具體工做
ngx_spawn_process(cycle, ngx_worker_process_cycle,
(void *) (intptr_t) i, "worker process", type);
//全局數組ngx_processes就是用來存儲每一個子進程的相關信息，如：pid，channel，進程作具體事情的接口指針等等，這些信息就是用結構體ngx_process_t來描述的。
ch.pid = ngx_processes[ngx_process_slot].pid;
ch.slot = ngx_process_slot;
ch.fd = ngx_processes[ngx_process_slot].channel[0];
/*在ngx_spawn_process建立好一個worker進程返回後，master進程就將worker進程的pid、worker進程在ngx_processes數組中的位置及channel[0]傳遞給前面已經建立好的worker進程，而後繼續循環開始建立下一個worker進程。剛提到一個channel[0]，這裏簡單說明一下：channel就是一個可以存儲2個整型元素的數組而已，這個channel數組就是用於socketpair函數建立一個進程間通道之用的。master和worker進程以及worker進程之間均可以經過這樣的一個通道進行通訊，這個通道就是在ngx_spawn_process函數中fork以前調用socketpair建立的。*/
ngx_pass_open_channel(cycle, &ch);
}
}
ngx_spawn_process函數：
//參數解釋：
//cycle：nginx框架所圍繞的核心結構體
//proc：子進程中將要執行的工做循環
//data：參數
//name：子進程名字
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;
if (respawn >= 0) {
s = respawn;
} else {
for (s = 0; s < ngx_last_process; s++) {
if (ngx_processes[s].pid == -1) {
break;
}
}
if (s == NGX_MAX_PROCESSES) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, 0,
"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 */
//建立父子進程間通訊的套接字對（基於TCP）
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, ngx_processes[s].channel) == -1)
{
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, 0,
"channel %d:%d",
ngx_processes[s].channel[0],
ngx_processes[s].channel[1]);
//設置爲非阻塞模式
if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[0]) == -1) {
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[1]) == -1) {
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;
}
on = 1;
if (ioctl(ngx_processes[s].channel[0], FIOASYNC, &on) == -1) {
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;
}
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETOWN, ngx_pid) == -1) {
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;
}
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) {
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;
}
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) {
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[1];
} else {
ngx_processes[s].channel[0] = -1;
ngx_processes[s].channel[1] = -1;
}
ngx_process_slot = s;
//建立子進程
pid = fork();
switch (pid) {
case -1:
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 0:
ngx_pid = ngx_getpid();
proc(cycle, data);
break;
default:
break;
}
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "start %s %P", name, pid);
ngx_processes[s].pid = pid;
ngx_processes[s].exited = 0;
if (respawn >= 0) {
return pid;
}
ngx_processes[s].proc = proc;
ngx_processes[s].data = data;
ngx_processes[s].name = name;
ngx_processes[s].exiting = 0;
switch (respawn) {
case NGX_PROCESS_NORESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_JUST_SPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 1;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 1;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 1;
ngx_processes[s].just_spawn = 1;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_DETACHED:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 1;
break;
}
if (s == ngx_last_process) {
ngx_last_process++;
}
return pid;
}
worker進程
worker進程的主要任務是完成具體的任務邏輯。其主要關注點是與客戶端或後端真實服務器（此時nginx做爲中間代理）之間的數據可讀/可寫等I/O交互事件，因此工做進程的阻塞點是在像select()、epoll_wait()等這樣的I/O多路複用函數調用處，以等待發生數據可讀/寫事件。固然也可能被新收到的進程信號中斷。
master進程如何統統知worker進程去作某些工做呢？採用的是信號。
當收到信號時，信號處理函數ngx_signal_handler()就會執行。
對於worker進程的工做方法ngx_worker_process_cycle來講，它主要關注4個全局標誌位：
sig_atomic_t ngx_terminate;//強制關閉進程
sig_atomic_t ngx_quit;//優雅地關閉進程（有惟一一段代碼會設置它，就是接受到QUIT信號。ngx_quit只有在首次設置爲1,時，纔會將ngx_exiting置爲1）
ngx_uint_t ngx_exiting;//退出進程標誌位
sig_atomic_t ngx_reopen;//從新打開全部文件
其中ngx_terminate、ngx_quit 、ngx_reopen都將由ngx_signal_handler根據接受到的信號來設置。ngx_exiting標誌位僅由ngx_worker_cycle方法在退出時做爲標誌位使用。
核心代碼（ngx_process_cycle.c）：
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;
//子進程初始化
ngx_worker_process_init(cycle, worker);
ngx_setproctitle("worker process");
//這裏有一段多線程條件下的代碼。因爲nginx並不支持多線程，所以刪除掉了
//循環
for ( ;; ) {
//ngx_exiting標誌位爲1，進程退出
if (ngx_exiting) {
c = cycle->connections;
for (i = 0; i < cycle->connection_n; i++) {
if (c[i].fd != -1 && c[i].idle) {
c[i].close = 1;
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, 0, "exiting");
ngx_worker_process_exit(cycle);
}
}
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "worker cycle");
ngx_process_events_and_timers(cycle);//處理事件的方法
//強制結束進程
if (ngx_terminate) {
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "exiting");
ngx_worker_process_exit(cycle);
}
//優雅地退出進程
if (ngx_quit) {
ngx_quit = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0,
"gracefully shutting down");
ngx_setproctitle("worker process is shutting down");
if (!ngx_exiting) {
ngx_close_listening_sockets(cycle);
//設置ngx_exiting 標誌位
ngx_exiting = 1;
}
}
//從新打開全部文件
if (ngx_reopen) {
ngx_reopen = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reopening logs");
ngx_reopen_files(cycle, -1);
}
}
}
參考資料：
《深刻理解Nginx》-陶輝
版權聲明：本文爲博主原創文章，未經博主容許不得轉載。nginx
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