前言
是一个免费的,开源的,高性能的 服务器和反向代理,以及 / 代理服务器。 以其高性能,稳定性,丰富的功能,简单的配置和低资源消耗而闻名。 是一个 服务器,也可以用作反向代理,负载均衡器和缓存。
很多高知名度的网站都使用 ,如: , , , 等。
正文
1. Nginx的整体架构
1.1. 主进程模型
启动时,会生成两种类型的进程*,一个是主进程( ),一个( 版本的目前只有一个)或多个工作进程( )。主进程并不处理网络请求,主要负责调度工作进程,也就是图示的 项:加载配置、启动工作进程及非停升级。所以, 启动以后,查看操作系统的进程列表,我们就能看到至少有两个进程。
1.2. 工作进程模型
服务器实际处理网络请求及响应的是工作进程( ),在类 系统上, 可以配置多个,而每个进程都可以同时处理数以千计的网络请求。
1.3. 模块化设计
的 进程,包括核心和功能性模块,核心模块负责维持一个运行循环( ),执行网络请求处理的不同阶段的模块功能,比如:网络读写、存储读写、内容传输、外出过滤,以及将请求发往上游服务器等。而其代码的模块化设计,也使得我们可以根据需要对功能模块进行适当的选择和修改,编译成具有特定功能的服务器。
1.4. 事件驱动模型
基于异步及非阻塞的事件驱动模型,可以说是 得以获得高并发、高性能的关键因素,同时也得益于对 、 及类 等操作系统内核中事件通知及性能增强功能的采用,如 、 及 。
1.5. 代理(proxy)设计
代理设计,可以说是 深入骨髓的设计,无论是对于 ,还是对于 、 、 等的网络请求或响应,本质上都采用了代理机制。所以, 天生就是高性能的代理服务器。
2. Nginx的模块化设计
高度模块化的设计是 的架构基础。 服务器被分解为多个模块,每个模块就是一个功能模块,只负责自身的功能,模块之间严格遵循“高内聚,低耦合”的原则。
2.1. 核心模块
核心模块是 服务器正常运行必不可少的模块,提供错误日志记录、配置文件解析、事件驱动机制、进程管理等核心功能。
2.2. 标准HTTP模块
标准 模块提供 协议解析相关的功能,比如:端口配置、网页编码设置、响应头设置等等。
2.3. 可选HTTP模块
可选 模块主要用于扩展标准的 功能,让 能处理一些特殊的服务,比如:多媒体传输、解析 请求、网络传输压缩、安全协议支持等。
2.4. 邮件服务模块
邮件服务模块主要用于支持 的邮件服务,包括对 协议、 协议和 协议的支持。
2.5. 第三方模块
第三方模块是为了扩展 服务器应用,完成开发者自定义功能,比如: 支持、 支持等。
3. Nginx的请求方式处理
是一个高性能的 服务器,能够同时处理大量的并发请求。它结合多进程机制和异步机制,异步机制使用的是异步非阻塞方式,接下来就给大家介绍一下 的多线程机制和异步非阻塞机制。
3.1. 多进程机制
服务器每当收到一个客户端时,就有服务器主进程( )生成一个子进程( )出来和客户端建立连接进行交互,直到连接断开,该子进程就结束了。
使用进程的好处是各个进程之间相互独立,不需要加锁,减少了使用锁对性能造成影响,同时降低编程的复杂度,降低开发成本。其次,采用独立的进程,可以让进程互相之间不会影响,如果一个进程发生异常退出时,其它进程正常工作, 进程则很快启动新的 进程,确保服务不会中断,从而将风险降到最低。
缺点是操作系统生成一个子进程需要进行内存复制等操作,在资源和时间上会产生一定的开销。当有大量请求时,会导致系统性能下降。
3.2. 异步非阻塞机制
每个工作进程使用异步非阻塞方式,可以处理多个客户端请求。
当某个工作进程接收到客户端的请求以后,调用 进行处理,如果不能立即得到结果,就去处理其他请求(即为非阻塞);而客户端在此期间也无需等待响应,可以去处理其他事情(即为异步)。
当 返回时,就会通知此工作进程;该进程得到通知,暂时挂起当前处理的事务去响应客户端请求。
4. Nginx事件驱动模型
在 的异步非阻塞机制中,工作进程在调用 后,就去处理其他的请求,当 调用返回后,会通知该工作进程。对于这样的系统调用,主要使用 服务器的事件驱动模型来实现。
如上图所示, 的事件驱动模型由事件收集器、事件发送器和事件处理器三部分基本单元组成。
事件收集器:负责收集 进程的各种 请求;
事件发送器:负责将 事件发送到事件处理器;
事件处理器:负责各种事件的响应工作。
事件发送器将每个请求放入一个待处理事件列表,使用非阻塞 方式调用事件处理器来处理该请求。其处理方式称为“多路 IO 复用方法”,常见的包括以下三种: 模型、 模型、 模型。
5. Nginx进程处理模型
服务器使用多进程模式。多线程启动和执行的流程如下:
主程序启动后,通过一个 循环来接收和处理外部信号;
主进程通过 函数产生子进程,每个子进程执行一个 循环来实现 服务器对事件的接收和处理。
一般推荐进程数与内核数一致,这样一来不存在大量的子进程生成和管理任务,避免了进程之间竞争资源和进程切换的开销。而且 为了更好的利用多核特性,提供了亲缘性的绑定选项,我们可以将某一个进程绑定在某一个核上,这样就不会因为进程的切换带来 的失效。
对于每个请求,有且只有一个工作进程对其处理。首先,每个 进程都是从 进程 过来。在 进程里面,先建立好需要 的 之后,然后再 出多个 进程。
所有 进程的 会在新连接到来时变得可读,为保证只有一个进程处理该连接,所有 进程在注册读事件前抢占,抢到互斥锁的那个进程注册读事件,在读事件里调用 接受该连接。
当一个 进程在 这个连接之后,就开始读取请求,解析请求,处理请求,产生数据后,再返回给客户端,最后才断开连接,这样一个完整的请求就是这样的了。我们可以看到,一个请求,完全由 进程来处理,而且只在一个 进程中处理。
在 服务器的运行过程中,主进程和工作进程需要进程交互。交互依赖于 实现的管道来实现。
5.1. 主进程与工作进程交互
这条管道与普通的管道不同,它是由主进程指向工作进程的单向管道,包含主进程向工作进程发出的指令,工作进程等;同时主进程与外界通过信号通信;每个子进程具备接收信号,并处理相应的事件的能力。
5.2. 工作进程与工作进程交互
这种交互是和主进程-工作进程交互是基本一致的,但是会通过主进程间接完成。工作进程之间是相互隔离的,所以当工作进程 需要向工作进程 发指令时,首先找到 的进程,然后将正确的指令写入指向 的通道。 收到信号采取相应的措施。
小结
通过这篇文章,我们对 服务器的整体架构有了一个整体的认识。包括其模块化的设计、多进程和异步非阻塞的请求处理方式、事件驱动模型等。通过这些理论知识,才能更好地领悟 的设计思想。对于我们学习 来说有很大的帮助。
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