nginx的进程模型

ginx采用的也是大部分http服务器的做法，就是master,worker模型，一个master进程管理站个或者多个worker进程，基本的事件处理都是放在woker中，master负责一些全局初始化，以及对worker的管理。

在nginx中master和worker的通信是通过socketpair来实现的，每次fork完一个子进程之后，将这个子进程的socketpaire句柄传递给前面已经存在的子进程，这样子进程之间也就可以通信了。

ginx中fork子进程是在ngx_spawn_process中进行的：

第一个参数是全局的配置，第二个参数是子进程需要执行的函数，第三个参数是proc的参数。第四个类型。

Java代码

gx_pid_t ngx_spawn_process(ngx_cycle_t *cycle, ngx_spawn_proc_pt proc, void *data, char *name, ngx_int_t respawn)

这个函数主要的任务就是：

1 有一个ngx_processes全局数组，包含了所有的存货的子进程，这里会fork出来的子进程放入到相应的位置。并设置这个进程的相关属性。

2 创建socketpair，并设置相关属性。

3 在子进程中执行传递进来的函数。

在看详细代码之前，我们先来看几个主要的数据结构：

首先是进程结构，这个结构体表示了一个进程。包含了它的id状态，channel等等。

Java代码

typedef struct { ///进程id ngx_pid_t pid; ///进程的退出状态(主要在waitpid中进行处理). int status; ///进程channel(也就是通过socketpair创建的两个句柄) ngx_socket_t channel[2]; ///进程的执行函数（也就是每次spawn，子进程所要执行的那个函数). ngx_spawn_proc_pt proc; void *data; char *name; ///进程的几个状态。 unsigned respawn:1; unsigned just_respawn:1; unsigned detached:1; unsigned exiting:1; unsigned exited:1; } ngx_process_t

下面我们来看详细的代码。

先来看第一部分：

Java代码

//全局的进程表，保存了存活的子进程。 ngx_process_t ngx_processes[NGX_MAX_PROCESSES]; ................................... u_long on; ngx_pid_t pid; ///表示将要fork的子进程在ngx_processes中的位置， ngx_int_t s; ///首先，如果传递进来的类型大于0,则就是已经确定这个进程已经退出，我们就可以直接确定slot。 if (respawn >= 0) { s = respawn; } else { ///遍历ngx_processess，从而找到空闲的slot，从而等会fork完毕后,将子进程信息放入全局进程信息表的相应的slot。 for (s = 0; s < ngx_last_process; s++) { if (ngx_processes[s].pid == -1) { break; } } ///到达最大进程限制报错。 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; } }

接下来新建一对socketpair句柄，然后初始化相关属性。

Java代码

///如果类型为NGX_PROCESS_DETACHED，则说明是热代码替换(热代码替换也是通过这个函数进行处理的)，因此不需要新建socketpair。 if (respawn != NGX_PROCESS_DETACHED) { /* Solaris 9 still has no AF_LOCAL */ ///建立socketpair 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; } 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 ///设置非阻塞模式 if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[0]) == -1) { ........................................................ } if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[1]) == -1) { ........................................ } ///打开异步模式 on = 1; if (ioctl(ngx_processes[s].channel[0], FIOASYNC, &on) == -1) { ................................................. } ///设置异步io的所有者 if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETOWN, ngx_pid) == -1) { .............................................. } ///当exec后关闭句柄。 if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) {................................................ } if (fcntl(ngx_processes[s].channel[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) { 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 } ///设置当前的子进程的句柄 ngx_channel = ngx_processes[s].channel[1]; } else { ngx_processes[s].channel[0] = -1; ngx_processes[s].channel[1] = -1; }

接下来就是fork子进程，并设置进程相关参数。

Java代码

///设置进程在进程表中的slot。 ngx_process_slot = s; 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 ///子进程，因此执行传递进来的子进程的函数 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; ///如果大于0,则说明我们确定了重启的子进程，因此下面的初始化就用已死的子进程的就够了。 if (respawn >= 0) { return pid; } ///开始初始化进程结构。 ngx_processes[s].proc = proc; ngx_processes[s].data = data; ngx_processes[s].name = name; ngx_processes[s].exiting = 0; ///设置相关状态。 switch (respawn) { case NGX_PROCESS_RESPAWN: ngx_processes[s].respawn = 1; ngx_processes[s].just_respawn = 0; ngx_processes[s].detached = 0; break; case NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN: ngx_processes[s].respawn = 1; ngx_processes[s].just_respawn = 1; ngx_processes[s].detached = 0; break; case NGX_PROCESS_DETACHED: ngx_processes[s].respawn = 0; ngx_processes[s].just_respawn = 0; ngx_processes[s].detached = 1; break; } if (s == ngx_last_process) { ngx_last_process++; } return pid

这里有个问题，那就是后面fork的子进程如何来让前面已经fork的子进程得到自己的进程相关信息呢。在nginx中是每次新的子进程fork 完毕后，然后父进程此时将这个子进程id，以及流管道的句柄channel[0]传递给前面的子进程。这样子进程之间也可以通信了。

先来看相关的数据结构：

Java代码

///封装了父子进程之间传递的信息。 typedef struct { ///对端将要做得命令。 ngx_uint_t command; ///当前的子进程id ngx_pid_t pid; ///在全局进程表中的位置 ngx_int_t slot; ///传递的fd ngx_fd_t fd; } ngx_channel_t

接下来来看代码：

Java代码

tatic void ngx_start_worker_processes(ngx_cycle_t *cycle, ngx_int_t n, ngx_int_t type) { ngx_int_t i, s; ngx_channel_t ch; .................................... ///传递给其他子进程的命令 ch.command = NGX_CMD_OPEN_CHANNEL; ///这里n，就是从配置文件中读取的，需要几个子进程。 for (i = 0; i < n; i++) { cpu_affinity = ngx_get_cpu_affinity(i); ///这个函数刚才介绍过了。就是fork子进程。 ngx_spawn_process(cycle, ngx_worker_process_cycle, NULL, "worker process", type); ///初始化channel，ngx_process_slot这个我们在上面的spawn函数中已经赋值完毕，就是当前子进程的位置。 ch.pid = ngx_processes[ngx_process_slot].pid; ch.slot = ngx_process_slot; ch.fd = ngx_processes[ngx_process_slot].channel[0]; ///遍历整个进程表 for (s = 0; s < ngx_last_process; s++) { ///遇到非存活的进程就跳过。 if (s == ngx_process_slot || ngx_processes[s].pid == -1 || ngx_processes[s].channel[0] == -1) { continue; } ngx_log_debug6(NGX_LOG_DEBUG_CORE, cycle->log, 0, "pass channel s:%d pid:%P fd:%d to s:%i pid:%P fd:%d", ch.slot, ch.pid, ch.fd, s, ngx_processes[s].pid, ngx_processes[s].channel[0]); /* TODO: NGX_AGAIN */ ///然后传递这个channel给其他子进程(主要是传递句柄)。 ngx_write_channel(ngx_processes[s].channel[0], &ch, sizeof(ngx_channel_t), cycle->log); } } }

而在子进程中是如何处理的呢，子进程的管道可读事件捕捉函数是ngx_channel_handler(ngx_event_t *ev)，在这个函数中，会读取mseeage，然后解析，并根据不同的命令做不同的处理，来看它的代码片断：

Java代码

///这里ch为读取的channel。 switch (ch.command) { case NGX_CMD_QUIT: ngx_quit = 1; break; case NGX_CMD_TERMINATE: ngx_terminate = 1; break; case NGX_CMD_REOPEN: ngx_reopen = 1; break; case NGX_CMD_OPEN_CHANNEL: ///可以看到操作很简单，就是对ngx_processes全局进程表进行赋值。 ngx_processes[ch.slot].pid = ch.pid; ngx_processes[ch.slot].channel[0] = ch.fd; break; case NGX_CMD_CLOSE_CHANNEL: ..................................................... if (close(ngx_processes[ch.slot].channel[0]) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ev->log, ngx_errno, "close() channel failed"); } ngx_processes[ch.slot].channel[0] = -1; break; }

接下来详细的来看worker和master如何进行交互，以及master如何同外部进行交互(比如热代码替换，reconfig这些操作)。

在nginx中，worker和master的交互，我们前面已经提过了，就是通过流管道以及信号，而master与外部的交互是通过信号来进行的。

在看master得主循环之前，我们先来看信号处理和函数，在nginx中，父子进程的信号处理函数是相同的，只不过有一个变量在master和worker中赋值不同，以此来区分。

在信号处理中，通过设置相应的标志变量，从而在主循环中，判断这些变量，从而做相应的操作。

Java代码

///定义的信号值。 #define NGX_SHUTDOWN_SIGNAL QUIT #define NGX_TERMINATE_SIGNAL TERM #define NGX_NOACCEPT_SIGNAL WINCH #define NGX_RECONFIGURE_SIGNAL HUP #if (NGX_LINUXTHREADS) #define NGX_REOPEN_SIGNAL INFO #define NGX_CHANGEBIN_SIGNAL XCPU #else #define NGX_REOPEN_SIGNAL USR1 #define NGX_CHANGEBIN_SIGNAL USR2 #endif void ngx_signal_handler(int signo) { char *action; ngx_int_t ignore; ngx_err_t err; ngx_signal_t *sig; ignore = 0; err = ngx_errno; ///首先得到当前的信号值 for (sig = signals; sig->signo != 0; sig++) { if (sig->signo == signo) { break; } } ngx_time_update(0, 0); action = ""; ///这里ngx_process在master和worker中赋值不同。 switch (ngx_process) { ///master中。 case NGX_PROCESS_MASTER: case NGX_PROCESS_SINGLE: switch (signo) { case ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL): ///如果接受到quit信号，则准备退出进程。 ngx_quit = 1; action = ", shutting down"; break; case ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL): case SIGINT: ///sigint信号，则 ngx_terminate = 1; action = ", exiting"; break; case ngx_signal_value(NGX_NOACCEPT_SIGNAL): ///winch信号，停止接受accept。 ngx_noaccept = 1; action = ", stop accepting connections"; break; case ngx_signal_value(NGX_RECONFIGURE_SIGNAL): ///sighup信号用来reconfig ngx_reconfigure = 1; action = ", reconfiguring"; break; case ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL): ///用户信号，用来reopen ngx_reopen = 1; action = ", reopening logs"; break; ///热代码替换. case ngx_signal_value(NGX_CHANGEBIN_SIGNAL): if (getppid() > 1 || ngx_new_binary > 0) { /* * Ignore the signal in the new binary if its parent is * not the init process, i.e. the old binary's process * is still running. Or ignore the signal in the old binary's * process if the new binary's process is already running. */ ///上面注释很详细，我就不解释了。。 action = ", ignoring"; ignore = 1; break; } ///正常情况下，需要热代码替换。设置标志位 ngx_change_binary = 1; action = ", changing binary"; break; case SIGALRM: break; case SIGIO: ngx_sigio = 1; break; case SIGCHLD: ///子进程已退出，设置标记。 ngx_reap = 1; break; } break; ///worker的信号处理。worker的比较简单。 case NGX_PROCESS_WORKER: switch (signo) { case ngx_signal_value(NGX_NOACCEPT_SIGNAL): ngx_debug_quit = 1; case ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL): ngx_quit = 1; action = ", shutting down"; break; case ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL): case SIGINT: ngx_terminate = 1; action = ", exiting"; break; case ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL): ngx_reopen = 1; action = ", reopening logs"; break; ............................................... } break; } ................................................ ///最终如果信号是sigchld，我们收割僵尸进程(用waitpid)。 if (signo == SIGCHLD) { ngx_process_get_status(); } ngx_set_errno(err); }

先来看master的主循环，处理其实很简单，就是在循环过程中判断相应的条件，然后进入相应的处理。这里的相关标志位基本都是在上面的信号处理函数中赋值的。：

Java代码

for ( ;; ) { ///delay用来等待子进程退出的时间，由于我们接受到SIGINT信号后，我们需要先发送信号给子进程，而子进程的退出需要一定的时间，超时时如果子进程已退出，我们父进程就直接退出，否则发送sigkill信号给子进程(强制退出),然后再退出。 if (delay) { delay *= 2; .............................................. 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; ///设置定时器。 if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno, "setitimer() failed"); } } ///延时，等待定时器。 sigsuspend(&set); ngx_time_update(0, 0); ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "wake up"); ///ngx_reap为1,说明有子进程已经退出。 if (ngx_reap) { ngx_reap = 0; ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "reap children"); ///这个里面处理退出的子进程(有的worker异常退出，这时我们就需要重启这个worker )，如果所有子进程都退出则会返回0. live = ngx_reap_children(cycle); } ///如果没有存活的子进程，并且收到了ngx_terminate或者ngx_quit信号，则master退出。 if (!live && (ngx_terminate || ngx_quit)) { ngx_master_process_exit(cycle); } ///收到了sigint信号。 if (ngx_terminate) { ///设置延时。 if (delay == 0) { delay = 50; } if (delay > 1000) { ///如果超时，则强制杀死worker ngx_signal_worker_processes(cycle, SIGKILL); } else { ///负责发送sigint给worker，让它退出。 ngx_signal_worker_processes(cycle, ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL)); } continue; } ///收到quit信号。 if (ngx_quit) { ///发送给worker quit信号 ngx_signal_worker_processes(cycle, ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL)); ls = cycle->listening.elts; for (n = 0; n < cycle->listening.nelts; n++) { 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; } ///收到需要reconfig的信号 if (ngx_reconfigure) { ngx_reconfigure = 0; ///判断是否热代码替换后的新的代码还在运行中(也就是还没退出当前的master)。如果还在运行中，则不需要重新初始化config。 if (ngx_new_binary) { ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes, NGX_PROCESS_RESPAWN); ngx_start_cache_manager_process(cycle, NGX_PROCESS_RESPAWN); ngx_noaccepting = 0; continue; } ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reconfiguring"); ///重新初始化config，并重新启动新的worker 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); ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes, NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN); ngx_start_cache_manager_process(cycle, NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN); live = 1; ngx_signal_worker_processes(cycle, ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL)); } ///这个标志没弄懂有什么意义。代码里面是当热代码替换后，如果ngx_noacceptig被设置了，则设置这个标志位(难道意思是热代码替换前要先停止当前的accept连接？) if (ngx_restart) { ngx_restart = 0; ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes, NGX_PROCESS_RESPAWN); ngx_start_cache_manager_process(cycle, NGX_PROCESS_RESPAWN); live = 1; } ///重新打开log 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)); } ///热代码替换 if (ngx_change_binary) { ngx_change_binary = 0; ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "changing binary"); ///进行热代码替换，这里是调用execve来执行新的代码。 ngx_new_binary = ngx_exec_new_binary(cycle, ngx_argv); } ///接受到停止accept连接，其实也就是worker退出(有区别的是，这里master不需要退出).。 if (ngx_noaccept) { ngx_noaccept = 0; ngx_noaccepting = 1; ///给worker发送信号。 ngx_signal_worker_processes(cycle, ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL)); } } }

然后来看worker的主循环,worker的比较简单。逻辑和master的很相似：

Java代码

for ( ;; ) { ///ngx_exiting是当收到master的quit命令后，设置为1,然后等待其他资源退出。 if (ngx_exiting) { c = cycle->connections; ............................................. ///定时器超时则退出worker 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); ///收到shutdown命令则worker直接退出 if (ngx_terminate) { ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "exiting"); ngx_worker_process_exit(cycle); } ///收到quit命令 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) { ///关闭socket，然后设置退出标志。 ngx_close_listening_sockets(cycle); ngx_exiting = 1; } } ///收到master重新打开log的命令。 if (ngx_reopen) { ngx_reopen = 0; ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reopening logs"); ngx_reopen_files(cycle, -1); } }