Upstream模块是一个很重要的模块，很多其他模块都会使用它来完成对后端服务器的访问，
达到反向代理和负载均衡的效果。例如Fastcgi、Memcached、SessionSticky等。
如果自己实现这部分功能，采用传统的实现方式，很可能会阻塞Nginx降低其性能，因为Nginx是全异步非阻塞的。

所以要想不破坏其优美的架构，就得按照其规范实现很多回调函数，注册这些钩子到Nginx的处理流程中。
下面以一个使用Upstream模块的第三方模块SessionSticky为例，分析一下Upstream模块的执行流程。


一、配置解析

每个模块的入口变量ngx_module_t中，都需要指明：
     一个ngx_command_t数组表示模块可以解析的配置；
     一个module_ctx上下文，注册初始化和合并配置时的回调函数；
     一个解析配置的函数；

Upstream模块的ngx_command_t数组的配置如下：

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static ngx_command_t  ngx_http_upstream_commands[] = {
 
    { ngx_string("upstream"),
      NGX_HTTP_MAIN_CONF|NGX_CONF_BLOCK|NGX_CONF_TAKE1,
      ngx_http_upstream,
      0,
      0,
      NULL },
 
    { ngx_string("server"),
      NGX_HTTP_UPS_CONF|NGX_CONF_1MORE,
      ngx_http_upstream_server,
      NGX_HTTP_SRV_CONF_OFFSET,
      0,
      NULL },
 
      ngx_null_command
};
 
 
static ngx_http_module_t  ngx_http_upstream_module_ctx = {
    ngx_http_upstream_add_variables,       /* preconfiguration */
    NULL,                                  /* postconfiguration */
 
    ngx_http_upstream_create_main_conf,    /* create main configuration */
    ngx_http_upstream_init_main_conf,      /* init main configuration */
 
    NULL,                                  /* create server configuration */
    NULL,                                  /* merge server configuration */
 
    NULL,                                  /* create location configuration */
    NULL                                   /* merge location configuration */
};
 
 
ngx_module_t  ngx_http_upstream_module = {
    NGX_MODULE_V1,
    &ngx_http_upstream_module_ctx,         /* module context */
    ngx_http_upstream_commands,            /* module directives */
    NGX_HTTP_MODULE,                       /* module type */
    NULL,                                  /* init master */
    NULL,                                  /* init module */
    NULL,                                  /* init process */
    NULL,                                  /* init thread */
    NULL,                                  /* exit thread */
    NULL,                                  /* exit process */
    NULL,                                  /* exit master */
    NGX_MODULE_V1_PADDING
};

1）配置项

从上面的配置可知，Upstream模块可以解析http内的upstream块和块内的server。配置项含义如下，
Nginx就是靠这些选项帮助它找到能解析当前配置的模块：

  • NGX_CONF_TAKE1：配置指令接受1个参数。

  • NGX_CONF_1MORE：配置指令接受至少一个参数。

  • NGX_CONF_BLOCK：配置指令可以接受的值是一个配置信息块。也就是一对大括号括起来的内容。里面可以再包括很多的配置指令。比如常见的server指令就是这个属性的。

  • NGX_HTTP_MAIN_CONF: 可以直接出现在http配置指令里。

  • NGX_HTTP_UPS_CONF: 可以出现在http里面的upstream配置指令里。


2）初始化函数

初始化函数的工作很简单，create函数中为配置分配空间，init函数中会调用peer的init_stream()，
这是Upstream与使用它的模块的第一次交互。其他模块就是通过注册各种回调函数，加入到Upstream处理的生命周期的。

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static void *
ngx_http_upstream_create_main_conf(ngx_conf_t *cf)
{
    ngx_http_upstream_main_conf_t  *umcf;
 
    umcf = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(ngx_http_upstream_main_conf_t));
    if (umcf == NULL) {
        return NULL;
    }
 
    if (ngx_array_init(&umcf->upstreams, cf->pool, 4,
                       sizeof(ngx_http_upstream_srv_conf_t *))
        != NGX_OK)
    {
        return NULL;
    }
 
    return umcf;
}
 
 
static char *
ngx_http_upstream_init_main_conf(ngx_conf_t *cf, void *conf)
{
    ngx_http_upstream_main_conf_t  *umcf = conf;
 
    ngx_uint_t                      i;
    ngx_array_t                     headers_in;
    ngx_hash_key_t                 *hk;
    ngx_hash_init_t                 hash;
    ngx_http_upstream_init_pt       init;
    ngx_http_upstream_header_t     *header;
    ngx_http_upstream_srv_conf_t  **uscfp;
 
    uscfp = umcf->upstreams.elts;
 
    for (i = 0; i < umcf->upstreams.nelts; i++) {
        // 就是在这里回调peer的init_stream()函数
        init = uscfp[i]->peer.init_upstream ? uscfp[i]->peer.init_upstream:
                                            ngx_http_upstream_init_round_robin;
 
        if (init(cf, uscfp[i]) != NGX_OK) {
            return NGX_CONF_ERROR;
        }
    }
 
 
    /* upstream_headers_in_hash */
 
    if (ngx_array_init(&headers_in, cf->temp_pool, 32, sizeof(ngx_hash_key_t))
        != NGX_OK)
    {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    for (header = ngx_http_upstream_headers_in; header->name.len; header++) {
        hk = ngx_array_push(&headers_in);
        if (hk == NULL) {
            return NGX_CONF_ERROR;
        }
 
        hk->key = header->name;
        hk->key_hash = ngx_hash_key_lc(header->name.data, header->name.len);
        hk->value = header;
    }
 
    hash.hash = &umcf->headers_in_hash;
    hash.key = ngx_hash_key_lc;
    hash.max_size = 512;
    hash.bucket_size = ngx_align(64, ngx_cacheline_size);
    hash.name = "upstream_headers_in_hash";
    hash.pool = cf->pool;
    hash.temp_pool = NULL;
 
    if (ngx_hash_init(&hash, headers_in.elts, headers_in.nelts) != NGX_OK) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    return NGX_CONF_OK;
}


3）解析函数

解析函数解析出ngx_http_upstream_srv_conf_t并保存到全局配置数组中。其他使用Upstream的模块，
会大量使用读取配置，完成自己的功能。

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static char *
ngx_http_upstream(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *dummy)
{
    char                          *rv;
    void                          *mconf;
    ngx_str_t                     *value;
    ngx_url_t                      u;
    ngx_uint_t                     m;
    ngx_conf_t                     pcf;
    ngx_http_module_t             *module;
    ngx_http_conf_ctx_t           *ctx, *http_ctx;
    ngx_http_upstream_srv_conf_t  *uscf;
 
    ngx_memzero(&u, sizeof(ngx_url_t));
 
    value = cf->args->elts;
    u.host = value[1];
    u.no_resolve = 1;
    u.no_port = 1;
 
    uscf = ngx_http_upstream_add(cf, &u, NGX_HTTP_UPSTREAM_CREATE
                                         |NGX_HTTP_UPSTREAM_WEIGHT
                                         |NGX_HTTP_UPSTREAM_MAX_FAILS
                                         |NGX_HTTP_UPSTREAM_FAIL_TIMEOUT
                                         |NGX_HTTP_UPSTREAM_DOWN
                                         |NGX_HTTP_UPSTREAM_BACKUP);
    if (uscf == NULL) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
 
    ctx = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(ngx_http_conf_ctx_t));
    if (ctx == NULL) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    http_ctx = cf->ctx;
    ctx->main_conf = http_ctx->main_conf;
 
    /* the upstream{}'s srv_conf */
 
    ctx->srv_conf = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(void *) * ngx_http_max_module);
    if (ctx->srv_conf == NULL) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    // 将ngx_http_upstream_srv_conf_t保存到配置数组中，其他模块会读取配置
    ctx->srv_conf[ngx_http_upstream_module.ctx_index] = uscf;
 
    uscf->srv_conf = ctx->srv_conf;
 
 
    /* the upstream{}'s loc_conf */
 
    ctx->loc_conf = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(void *) * ngx_http_max_module);
    if (ctx->loc_conf == NULL) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    for (m = 0; ngx_modules[m]; m++) {
        if (ngx_modules[m]->type != NGX_HTTP_MODULE) {
            continue;
        }
 
        module = ngx_modules[m]->ctx;
 
        if (module->create_srv_conf) {
            mconf = module->create_srv_conf(cf);
            if (mconf == NULL) {
                return NGX_CONF_ERROR;
            }
 
            ctx->srv_conf[ngx_modules[m]->ctx_index] = mconf;
        }
 
        if (module->create_loc_conf) {
            mconf = module->create_loc_conf(cf);
            if (mconf == NULL) {
                return NGX_CONF_ERROR;
            }
 
            ctx->loc_conf[ngx_modules[m]->ctx_index] = mconf;
        }
    }
 
 
    /* parse inside upstream{} */
 
    pcf = *cf;
    cf->ctx = ctx;
    cf->cmd_type = NGX_HTTP_UPS_CONF;
 
    rv = ngx_conf_parse(cf, NULL);
 
    *cf = pcf;
 
    if (rv != NGX_CONF_OK) {
        return rv;
    }
 
    if (uscf->servers == NULL) {
        ngx_conf_log_error(NGX_LOG_EMERG, cf, 0,
                           "no servers are inside upstream");
        return NGX_CONF_ERROR;
    }
 
    return rv;
}


二、模块启动

Upstream模块都初始化好了之后，是如何被启动的呢？一般我们是这样使用Upstream模块的：

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upstream backend {
    session_sticky;
    server www.baidu.com weight=10;
    server www.google.com weight=10;
}
 
server {
    listen 80;
    server_name sessionsticky.com;
    location / {
        proxy_pass http://backend;
    }
}

奥秘模块HttpProxyModule中，此Handler模块解析proxy_pass，配置如下：

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static ngx_command_t  ngx_http_proxy_commands[] = {
 
    { ngx_string("proxy_pass"),
      NGX_HTTP_LOC_CONF|NGX_HTTP_LIF_CONF|NGX_HTTP_LMT_CONF|NGX_CONF_TAKE1,
      ngx_http_proxy_pass,
      NGX_HTTP_LOC_CONF_OFFSET,
      0,
      NULL },
      ......
}
 
static char *
ngx_http_proxy_pass(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf)
{
    ngx_http_proxy_loc_conf_t *plcf = conf;
 
    size_t                      add;
    u_short                     port;
    ngx_str_t                  *value, *url;
    ngx_url_t                   u;
    ngx_uint_t                  n;
    ngx_http_core_loc_conf_t   *clcf;
    ngx_http_script_compile_t   sc;
 
    if (plcf->upstream.upstream || plcf->proxy_lengths) {
        return "is duplicate";
    }
 
    clcf = ngx_http_conf_get_module_loc_conf(cf, ngx_http_core_module);
     
    // 注册Handler的处理函数
    clcf->handler = ngx_http_proxy_handler;
 
    .......
    return NGX_CONF_OK;
}

解析函数中注册的Handler处理函数ngx_http_proxy_handler()，在调用ngx_http_read_client_request_body()时
将ngx_http_upstream_init传入，作为接收客户端请求体的后处理函数。这样每次从客户端读取完请求Body后，
都会回调Upstream的init函数。

注意Nginx与Squid的区别，Nginx会将请求体全部读取完后再进行后续处理。而Squid会边读边转发。

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static ngx_int_t
ngx_http_proxy_handler(ngx_http_request_t *r)
{
    ngx_int_t                   rc;
    ngx_http_upstream_t        *u;
    ngx_http_proxy_ctx_t       *ctx;
    ngx_http_proxy_loc_conf_t  *plcf;
 
    if (ngx_http_upstream_create(r) != NGX_OK) {
        return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
    }
 
    ctx = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_http_proxy_ctx_t));
    if (ctx == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
 
    ngx_http_set_ctx(r, ctx, ngx_http_proxy_module);
 
    plcf = ngx_http_get_module_loc_conf(r, ngx_http_proxy_module);
 
    u = r->upstream;
 
    if (plcf->proxy_lengths == NULL) {
        ctx->vars = plcf->vars;
        u->schema = plcf->vars.schema;
#if (NGX_HTTP_SSL)
        u->ssl = (plcf->upstream.ssl != NULL);
#endif
 
    } else {
        if (ngx_http_proxy_eval(r, ctx, plcf) != NGX_OK) {
            return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
        }
    }
 
    u->output.tag = (ngx_buf_tag_t) &ngx_http_proxy_module;
 
    u->conf = &plcf->upstream;
 
    //以下就是HttpProxyModule注册的默认的回调函数
#if (NGX_HTTP_CACHE)
    u->create_key = ngx_http_proxy_create_key;
#endif
    u->create_request = ngx_http_proxy_create_request;
    u->reinit_request = ngx_http_proxy_reinit_request;
    u->process_header = ngx_http_proxy_process_status_line;
    u->abort_request = ngx_http_proxy_abort_request;
    u->finalize_request = ngx_http_proxy_finalize_request;
    r->state = 0;
 
    if (plcf->redirects) {
        u->rewrite_redirect = ngx_http_proxy_rewrite_redirect;
    }
 
    if (plcf->cookie_domains || plcf->cookie_paths) {
        u->rewrite_cookie = ngx_http_proxy_rewrite_cookie;
    }
 
    u->buffering = plcf->upstream.buffering;
 
    u->pipe = ngx_pcalloc(r->pool, sizeof(ngx_event_pipe_t));
    if (u->pipe == NULL) {
        return NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR;
    }
 
    u->pipe->input_filter = ngx_http_proxy_copy_filter;
    u->pipe->input_ctx = r;
 
    u->input_filter_init = ngx_http_proxy_input_filter_init;
    u->input_filter = ngx_http_proxy_non_buffered_copy_filter;
    u->input_filter_ctx = r;
 
    u->accel = 1;
 
    // 在这里注册ngx_http_upstream_init回调函数，读取完请求体后就会触发
    rc = ngx_http_read_client_request_body(r, ngx_http_upstream_init);
 
    if (rc >= NGX_HTTP_SPECIAL_RESPONSE) {
        return rc;
    }
 
    return NGX_DONE;
}

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