nginx的进程模型

nginx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。

nginx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


ngx_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


static 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
.fd) == -1) {

ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_socket_errno,

ngx_close_socket_n " %V failed",

&ls
.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);

}

}