Nginx 事件基本处理流程分析

说明：本文章重点关注事件处理模型。有兴趣的同学可以去http://tengine.taobao.org/book/查找更多资料。Tengine应该是淘宝基于Nginx自己做的修改。这个地址的文档还在不断的完善更新中，内容算是比较全面的。

程序流程图：

说明：

一、进程生成顺序

1.main(src/core/nginx.c)函数启动ngx_master_process_cycle，启动主服务进程。

2.ngx_master_process_cycle(src/os/unix/ngx_process_cycle.c)里面调用ngx_start_worker_processes.

3.ngx_start_worker_processes(src/os/unix/ngx_process_cycle.c)里面循环执行生成特定数量的进程池。

4.ngx_spawn_process(src/os/unix/ngx_process.c)根据指定的respawn选项fork子进程，相关子进程信息保存在全部ngx_processes数组（ngx_process_t    ngx_processes[NGX_MAX_PROCESSES]）中，子进程的运行过程通过参数proc指定，这里是ngx_worker_process_cycle(src/os/unix/ngx_process_cycle.c)。在fork之前先通过socketpair生成master process和worker process间进行通信的channel[2]。

master_process进程作为Nginx的服务主进程，管理其他子进程的生存周期，包括cache_manager_processes子进程，全部worker_processes，信号处理，timer等。

二、timer定时器超时处理机制

上图中的左侧红色1，2，3步构成了timer和select/poll/epoll_wait等等待函数配合使用的基本流程，libevent里面的timer处理机制也是一样的，即：

1.从timer树（一般使用红黑树）中取出最小的timer；

2.传入epoll_wait等I/O复用函数；

3.处理堆中的timer超时事件。

4.处理正常的连接事件。

流程图：

补充：

由于需要对大量timer进行实时增删和检索，所以需要效率比较高的结构，红黑树是理想选择。

概念上说管理timer的树应该使用最小堆，每次只需要从树根取出最小的timer。但是堆得问题是插入和删除时都可能需要从根到叶节点的log(n)次交换，代价较大。

而红黑树的好处是插入和删除时最多需要不超过3次旋转操作，虽然总的复杂度都是O(logN)，但基本都是颜色变换和key比较等简单操作，不涉及节点交换（值交换）和旋转（指针交换）。所以，从统计性能（可理解为cpu实际执行的指令数）来说，红黑树优于堆和AVL树。

三、worker process I/O处理流程

每个worker process的运行过程ngx_worker_process_cycle如下：

 static void
 ngx_worker_process_cycle(ngx_cycle_t *cycle, void *data)
 {
     ngx_int_t worker = (intptr_t) data;

     ngx_process = NGX_PROCESS_WORKER;
     ngx_worker = worker;

     ngx_worker_process_init(cycle, worker);

     ngx_setproctitle("worker process");

     for ( ;; ) {

         if (ngx_exiting) {
             ngx_event_cancel_timers();

             if (ngx_event_timer_rbtree.root == ngx_event_timer_rbtree.sentinel)
             {
                 ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "exiting");

                 ngx_worker_process_exit(cycle);
             }
         }

         ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, , "worker cycle");

         ngx_process_events_and_timers(cycle);

         if (ngx_terminate) {
             ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "exiting");

             ngx_worker_process_exit(cycle);
         }

         if (ngx_quit) {
             ngx_quit = ;
             ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, ,
                           "gracefully shutting down");
             ngx_setproctitle("worker process is shutting down");

             if (!ngx_exiting) {
                 ngx_exiting = ;
                 ngx_close_listening_sockets(cycle);
                 ngx_close_idle_connections(cycle);
             }
         }

         if (ngx_reopen) {
             ngx_reopen = ;
             ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, , "reopening logs");
             ngx_reopen_files(cycle, -);
         }
     }
 }

可以看出，里面除了exiting，terminate，quit和reopen等控制操作外，只有ngx_process_events_and_timers(src/event/ngx_event.c)。再看ngx_process_events_and_timers函数：

 void
 ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle)
 {
     ngx_uint_t  flags;
     ngx_msec_t  timer, delta;

     if (ngx_timer_resolution) {
         timer = NGX_TIMER_INFINITE;
         flags = ;

     } else {
         timer = ngx_event_find_timer(); 
         flags = NGX_UPDATE_TIME;

 #if (NGX_WIN32)

         /* handle signals from master in case of network inactivity */

         if (timer == NGX_TIMER_INFINITE || timer > ) {
             timer = ;
         }

 #endif
     }

     if (ngx_use_accept_mutex) {
         if (ngx_accept_disabled > ) {
             ngx_accept_disabled--;

         } else {
             if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR) {
                 return;
             }

             if (ngx_accept_mutex_held) {
                 flags |= NGX_POST_EVENTS;

             } else {
                 if (timer == NGX_TIMER_INFINITE
                     || timer > ngx_accept_mutex_delay)
                 {
                     timer = ngx_accept_mutex_delay;
                 }
             }
         }
     }

     delta = ngx_current_msec;

     (void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);

     delta = ngx_current_msec - delta;

     ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, ,
                    "timer delta: %M", delta);

     ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events);

     if (ngx_accept_mutex_held) {
         ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex);
     }

     if (delta) {
         ngx_event_expire_timers();
     }

     ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_events);
 }

1.函数开头7-24行计算定时器timer，用于后面的ngx_process_events(50行)函数，最终用于各种I/O复用函数的timeout参数，如epoll_wait的timeout参数。ngx_process_events是一个宏，#define ngx_process_events   ngx_event_actions.process_events(src/event/ngx_event.h)。全局变量ngx_event_actions在各个event module的init方法里面设置，如ngx_epoll_init(src/event/modules/ngx_epoll_module.c)中ngx_event_actions = ngx_epoll_module_ctx.actions;。而各个module的init方法的调用需要通过Nginx指定使用哪种类型的module来设置。相关初始设置在ngx_event_core_init_conf(src/event/ngx_event.c)里面指定。

2.63-65行处理timer超时事件。

以epoll module为例，ngx_process_events最终指向ngx_epoll_process_events(src/event/modules/ngx_epoll_module.c)。

 static ngx_int_t
 ngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags)
 {

     ......
     //将最近的timer作为epoll_wait的超时
     events = epoll_wait(ep, event_list, (int) nevents, timer);

     err = (events == -) ? ngx_errno : ;

     ......
     //处理全部事件
     for (i = ; i < events; i++) {

        ......

         if ((revents & EPOLLIN) && rev->active) {

             rev->ready = ;

             if (flags & NGX_POST_EVENTS) {
                 queue = rev->accept ? &ngx_posted_accept_events
                                     : &ngx_posted_events;

                 //将事件放入队列，稍后处理
                 ngx_post_event(rev, queue);

             } else {
                 rev->handler(rev);
             }
         }

         wev = c->write;

         if ((revents & EPOLLOUT) && wev->active) {

            ......

             wev->ready = ;

             if (flags & NGX_POST_EVENTS) {
                 //将事件放入队列，稍后处理
                 ngx_post_event(wev, &ngx_posted_events);

             } else {
                 wev->handler(wev);
             }
         }
     }

     return NGX_OK;
 }

可以看出，前面计算得到的timer传进了epoll_wait里面。其实这个timer的值是通过函数 ngx_event_find_timer从全部的timer组成的最小堆（Nginx里面使用RB tree）里面取出来的最小timer值。 epoll_wait之后就是常见的事件处理了。将事件放入队列主要是为快速释放accept锁，给其他worker进程机会去处理accept事件。

注：引用本人文章请注明出处，谢谢。