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Nginx学习之六-nginx核心进程模型
阅读量:5805 次
发布时间:2019-06-18

本文共 16910 字,大约阅读时间需要 56 分钟。

hot3.png

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。
一个较为完整的整体框架结构如图所示:
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。
核心代码(ngx_process_cycle.c):
voidngx_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    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产生子进程的内容    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    ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);    ngx_new_binary = 0;    delay = 0;    sigio = 0;    live = 1;    for ( ;; ) {//循环        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, 0,                       "wake up, sigio %i", sigio);        //标志位为1表示需要监控所有子进程        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 == 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 = 0; n < cycle->listening.nelts; n++) {//关闭监听端口                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 = 0;            //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, 0);                ngx_noaccepting = 0;                continue;            }            ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "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, 1);            /* allow new processes to start */            ngx_msleep(100);            live = 1;            //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 = 0;            ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,                                       NGX_PROCESS_RESPAWN);            ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);            live = 1;        }        //ngx_reopen标志位为1,重新打开所有文件        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));        }        //平滑升级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为1,表示所有子进程不再处理新的连接        if (ngx_noaccept) {            ngx_noaccept = 0;            ngx_noaccepting = 1;            ngx_signal_worker_processes(cycle,                                        ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));        }    }}
ngx_start_worker_processes函数:
static voidngx_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;    //循环创建n个worker子进程    for (i = 0; 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[0];        /*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:
//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_tngx_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 */        //创建父子进程间通信的套接字对(基于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]);        //设置为非阻塞模式        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;    //创建子进程    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):
static voidngx_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 = 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);//处理事件的方法        //强制结束进程        if (ngx_terminate) {            ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "exiting");            ngx_worker_process_exit(cycle);        }        //优雅地退出进程        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);                //设置ngx_exiting 标志位                ngx_exiting = 1;            }        }        //重新打开所有文件        if (ngx_reopen) {            ngx_reopen = 0;            ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reopening logs");            ngx_reopen_files(cycle, -1);        }    }}
参考资料:
《深入理解Nginx》-陶辉

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