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这篇CFSDN的博客文章让我一起浅析Nginx 架构由作者收集整理,如果你对这篇文章有兴趣,记得点赞哟.
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nginx 启动后以 daemon 形式在后台运行,后台进程包含一个 master 进程和多个 worker 进程。如下图所示:
master与worker 。
nginx 是由一个 master 管理进程,多个 worker 进程处理工作的多进程模型。基础架构设计,如下图所示:
基础架构设计 。
master 负责管理 worker 进程,worker 进程负责处理网络事件。整个框架被设计为一种依赖事件驱动、异步、非阻塞的模式.
如此设计的优点:
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2.1 核心逻辑 。
master 进程的主逻辑在ngx_master_process_cycle,核心关注源码:
由上述代码,可以理解,master 进程主要用来管理 worker 进程,具体包括如下 4 个主要功能:
1.接受来自外界的信号。其中 master 循环中的各项标志位就对应着各种信号,如:ngx_quit代表QUIT信号,表示优雅的关闭整个服务.
2.向各个 worker 进程发送信。比如ngx_noaccept代表WINCH信号,表示所有子进程不再接受处理新的连接,由 master 向所有的子进程发送 QUIT 信号量.
3.监控 worker 进程的运行状态。比如ngx_reap代表CHILD信号,表示有子进程意外结束,这时需要监控所有子进程的运行状态,主要由ngx_reap_children完成.
4.当 woker 进程退出后(异常情况下),会自动重新启动新的 woker 进程。主要也是在ngx_reap_children 。
2.2 热更 。
2.2.1 热重载-配置热更 。
热重载 。
nginx 热更配置时,可以保持运行中平滑更新配置,具体流程如下:
2.2.2 热升级-程序热更 。
热升级 。
nginx 热升级过程如下:
1.将旧 Nginx 文件换成新 Nginx 文件(注意备份) 。
2.向 master 进程发送 USR2 信号(平滑升级到新版本的 Nginx 程序) 。
3.master 进程修改 pid 文件号,加后缀.oldbin 。
4.master 进程用新 Nginx 文件启动新 master 进程,此时新老 master/worker 同时存在.
5.向老 master 发送 WINCH 信号,关闭旧 worker 进程,观察新 worker 进程工作情况。若升级成功,则向老 master 进程发送 QUIT 信号,关闭老 master 进程;若升级失败,则需要回滚,向老 master 发送 HUP 信号(重读配置文件),向新 master 发送 QUIT 信号,关闭新 master 及 worker.
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3.1 核心逻辑 。
worker 进程的主逻辑在ngx_worker_process_cycle,核心关注源码:
由上述代码,可以理解,worker 进程主要在处理网络事件,通过ngx_process_events_and_timers方法实现,其中事件主要包括:网络事件、定时器事件.
3.2 事件驱动-epoll 。
worker 进程在处理网络事件时,依靠 epoll 模型,来管理并发连接,实现了事件驱动、异步、非阻塞等特性。如下图所示:
infographic-Inside-NGINX_nonblocking 。
通常海量并发连接过程中,每一时刻(相对较短的一段时间),往往只需要处理一小部分有事件的连接即活跃连接。基于以上现象,epoll 通过将连接管理与活跃连接管理进行分离,实现了高效、稳定的网络 IO 处理能力.
网络模型对比 。
其中,epoll 利用红黑树高效的增删查效率来管理连接,利用一个双向链表来维护活跃连接.
epoll数据结构 。
3.3 惊群 。
由于 worker 都是由 master 进程 fork 产生,所以 worker 都会监听相同端口。这样多个子进程在 accept 建立连接时会发生争抢,带来著名的“惊群”问题。worker 核心处理逻辑ngx_process_events_and_timers核心代码如下:
由上述代码可知,Nginx 解决惊群的方法:
1.将连接事件与读写事件进行分离。连接事件存放为ngx_posted_accept_events,读写事件存放为ngx_posted_events.
2.设置ngx_accept_mutex锁,只有获得锁的进程,才可以处理连接事件.
3.4 负载均衡 。
worker 间的负载关键在于各自接入了多少连接,其中接入连接抢锁的前置条件是ngx_accept_disabled > 0,所以ngx_accept_disabled就是负载均衡机制实现的关键阈值.
因此,在 nginx 启动时,ngx_accept_disabled的值就是一个负数,其值为连接总数的 7/8。当该进程的连接数达到总连接数的 7/8 时,该进程就不会再处理新的连接了,同时每次调用'ngx_process_events_and_timers'时,将ngx_accept_disabled减 1,直到其值低于阈值时,才试图重新处理新的连接。因此,nginx 各 worker 子进程间的负载均衡仅在某个 worker 进程处理的连接数达到它最大处理总数的 7/8 时才会触发,其负载均衡并不是在任意条件都满足。如下图所示:
实际工作情况 。
其中'pid'为 1211 的进程为 master 进程,其余为 worker 进程 。
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4.1 为什么不采用多线程模型管理连接?
1.无状态服务,无需共享进程内存 。
2.采用独立的进程,可以让互相之间不会影响。一个进程异常崩溃,其他进程的服务不会中断,提升了架构的可靠性.
3.进程之间不共享资源,不需要加锁,所以省掉了锁带来的开销.
4.2 为什么不采用多线程处理逻辑业务?
1.进程数已经等于核心数,再新建线程处理任务,只会抢占现有进程,增加切换代价.
2.作为接入层,基本上都是数据转发业务,网络 IO 任务的等待耗时部分,已经被处理为非阻塞/全异步/事件驱动模式,在没有更多 CPU 的情况下,再利用多线程处理,意义不大。并且如果进程中有阻塞的处理逻辑,应该由各个业务进行解决,比如 openResty 中利用了 Lua 协程,对阻塞业务进行了优化.
原文地址:https://zhuanlan.51cto.com/art/202104/656922.htm 。
最后此篇关于让我一起浅析Nginx 架构的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于让我一起浅析Nginx 架构的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章,希望大家以后支持我的博客! 。
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