Apache和Nginx運行原理解析

 

Web服務器

Web服務器也稱爲WWW(WORLD WIDE WEB)服務器，主要功能是提供網上信息瀏覽服務。

應用層使用HTTP協議。

HTML文檔格式。

瀏覽器統一資源定位器(URL)。

Web服務器經常以B/S（Browser/Server）方式提供服務。瀏覽器和服務器的交互方式以下：

 GET /index.php HTTP/1.1

 +---------------+                   +----------------+
 |               +------------------->                |
 |   Browser     |                   |   Server       |
 |               <-------------------+                |
 +---------------+                   +----------------+

                   HTTP/1.1 200 OK

瀏覽器向服務器發出HTTP請求(Request)。

服務器收到瀏覽器的請求數據，通過分析處理，向瀏覽器輸出響應數據（Response）。

瀏覽器收到服務器的響應數據，通過分析處理，將最終結果顯示在瀏覽器中。

Apache和Nginx都屬於Web服務器，二者都實現了HTTP 1.1協議。

 

Apache生命週期
"text">   +--------------------------------------------------------------+
   |                 +---------------------+       啓動階段        |
   |                 |    系統啓動, 配置     |                      |
   |                 +----------+----------+                      |
   |                            |                                 |
   |                 +----------v----------+                      |
   |                 |      模塊的初始化     |                      |
   |                 +-+--------+--------+-+                      |
   |                   |        |        |                        |
   |   +-------------+ | +------v-------+| +--------------+       |
   |   | 子進程初始化  |<+ | 子進程初始化   |+>|  子進程初始化  |       |
   |   +------+------+   +-------+------+  +-------+------+       |
   +--------------------------------------------------------------+
   |          |                  |                 |     運行階段  |
   |     +----v----+        +----v----+       +----v----+         |
   |     | 請求循環 |        |  請求循環 |       | 請求循環 |         |
   |     +----+----+        +----+----+       +----+----+         |
   |          |                  |                 |              |
   |   +------v------+    +------v------+   +------v------+       |
   |   |  子進程結束   |    |  子進程結束  |   |   子進程結束  |       |
   |   +-------------+    +-------------+   +-------------+       |
   +--------------------------------------------------------------+

這個生命週期是在perfork工做下的示意，從圖中能夠看出，Apache對於每個請求都要啓動一個單獨的進程來處理。

 

Apache的工做模式 prefork的工做原理

一個單獨的控制進程(父進程)負責產生子進程，這些子進程用於監聽請求並做出應答。Apache老是試圖保持一些備用的 (spare)或是空閒的子進程用於迎接即將到來的請求。這樣客戶端就無需在獲得服務前等候子進程的產生。在Unix系統中，父進程一般以root身份運行以便邦定80端口，而 Apache產生的子進程一般以一個低特權的用戶運行。User和Group指令用於配置子進程的低特權用戶。運行子進程的用戶必需要對他所服務的內容有讀取的權限，可是對服務內容以外的其餘資源必須擁有儘量少的權限。

 

worker的工做原理

每一個進程可以擁有的線程數量是固定的。服務器會根據負載狀況增長或減小進程數量。一個單獨的控制進程(父進程)負責子進程的創建。每一個子進程可以創建ThreadsPerChild數量的服務線程和一個監聽線程，該監聽線程監聽接入請求並將其傳遞給服務線程處理和應答。Apache老是試圖維持一個備用(spare)或是空閒的服務線程池。這樣，客戶端無須等待新線程或新進程的創建便可獲得處理。在Unix中，爲了可以綁定80端口，父進程通常都是以root身份啓動，隨後，Apache以較低權限的用戶創建子進程和線程。User和Group指令用於配置Apache子進程的權限。雖然子進程必須對其提供的內容擁有讀權限，但應該儘量給予他較少的特權。另外，除非使用了suexec ，不然，這些指令配置的權限將被CGI腳本所繼承。

 

Apache的運行 啓動階段

       +---------+
       |  開始   |
       +----+---+
            |
 +----------v------------+   解析主配置文件http.conf中配置信息，
 |     解析配置文件        |   像LoadModule, AddType
 +----------+------------+   等指令被加載至內存
            |
 +----------v------------+   依據AddModule, LoadModule等指令
 |   加載靜態/動態模塊      |   加載Apache模塊，像mod_php5.so被
 +----------+------------+   加載至內存，映射到Apache地址空間。
            |
 +----------v------------+   日誌文件、共享內存段，數據庫連接
 |     系統資源初始化      |    等初始化
 +----------+------------+
            |
        +---v----+
        |  結束   |
        +--------+

 

運行階段

一、接受請求

二、將請求的URL映射到本地文件系統

三、檢查請求頭部

四、根據配置判斷是否能訪問所請求的資源

五、用戶認證

六、用戶權限管理（認證）

七、根據請求資源的MIME類型，選擇相應的處理函數

八、捕獲消息

九、Response，生成返回客戶端內容

十、發送後，記錄日誌

十一、清理請求遺留環境，Socket關閉

 

//======================================//

 

Nginx的模塊與工做原理

Nginx由內核和模塊組成，其中，內核的設計很是微小和簡潔，完成的工做也很是簡單，僅僅經過查找配置文件將客戶端請求映射到一個location block（location是Nginx配置中的一個指令，用於URL匹配），而在這個location中所配置的每一個指令將會啓動不一樣的模塊去完成相應的工做。

 

Nginx的模塊從結構上分爲核心模塊、基礎模塊和第三方模塊：

核心模塊：HTTP模塊、EVENT模塊和MAIL模塊

基礎模塊：HTTP Access模塊、HTTP FastCGI模塊、HTTP Proxy模塊和HTTP Rewrite模塊，

第三方模塊：HTTP Upstream Request Hash模塊、Notice模塊和HTTP Access Key模塊。

 

Nginx的模塊從功能上分爲以下三類:

Handlers（處理器模塊）。此類模塊直接處理請求，並進行輸出內容和修改headers信息等操做。Handlers處理器模塊通常只能有一個。

Filters （過濾器模塊）。此類模塊主要對其餘處理器模塊輸出的內容進行修改操做，最後由Nginx輸出。

Proxies （代理類模塊）。此類模塊是Nginx的HTTP Upstream之類的模塊，這些模塊主要與後端一些服務好比FastCGI等進行交互，實現服務代理和負載均衡等功能。

"text">                     +                    ^
        Http Request |                    |  Http Response
                     |                    |
    +---------+------v-----+         +----+----+
    |  Conf   | Nginx Core |         | FilterN |
    +---------+------+-----+         +----^----+
                     |                    |
                     |               +----+----+
                     |               | Filter2 |
choose a handler     |               +----^----+
based conf           |                    |
                     |               +----+----+
                     |               | Filter1 |
                     |               +----^----+
                     |                    | Generate content
               +-----v--------------------+----+
               |           Handler             |
               +-------------------------------+

 

Nginx架構及工做流程

上圖是Nginx的架構，這個架構相似於Apache的Worker工做狀態，Nginx的每個Worker進程都管理着大量的線程，真正處理請求的是Worker之下的線程。

全部實際上的業務處理邏輯都在worker進程。worker進程中有一個函數，執行無限循環，不斷處理收到的來自客戶端的請求，並進行處理，直到整個nginx服務被中止。Worker中這個函數執行內容以下：

操做系統提供的機制（例如epoll, kqueue等）產生相關的事件。

接收和處理這些事件，如是接受到數據，則產生更高層的request對象。

處理request的header和body。

產生響應，併發送回客戶端。

完成request的處理。

從新初始化定時器及其餘事件。

 

 

 

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