掌握Nginx核心原理与设计详解

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"《nginx核心详解》是一本深入讲解Nginx原理与内部机制的电子书，作者在2009年出于对源码的好奇和提升技能的需求，开始了对Nginx的学习之旅。那时，Nginx相较于Lighttpd并不那么显眼，但作者通过对比和研究两者，逐渐认识到高性能服务器的价值。尽管作者最初阅读的是Lighttpd，但Nginx的源码分析最终成为了写作的重点。作者在整理这份文档时，改变了早期逐行注释代码的传统方式，转而寻求从宏观层面解析Nginx的工作原理，以帮助读者快速掌握整体架构而非陷入细节。作者强调，理解和掌握整体原理对于后续深入学习至关重要，遇到细节问题时，查阅文档或系统API即可迎刃而解。因此，这本书更注重概念和框架的建立，而非单纯代码展示。书中基于的环境是CentOS 6.2的32位虚拟机，Nginx版本为1.2.0，主要讲解的是HTTP协议和epoll事件机制。由于作者的目标是提供一种理解和应用Nginx的方法，而不是局限于特定版本，因此读者可以从中了解到Nginx的核心功能如何在实际环境中运作。尽管作者对自己能否完全满足这种高期望持谦虚态度，但本书仍提供了丰富的理论分析和实用指导，适合那些希望深入理解Nginx的读者。无论你是初学者还是进阶用户，这本书都能帮助你建立起对Nginx强大性能和高效架构的全面认知。"

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供的接口函数以及含义如下：

函数含义

ngx_shmtx_create()

创建

ngx_shmtx_destory()

销毁

ngx_shmtx_trylock()

尝试加锁（加锁失败则直接返回，不等待）

ngx_shmtx_lock()

加锁（持续等待，直到加锁成功）

ngx_shmtx_unlock()

解锁

ngx_shmtx_force_unlock()

强制解锁（可对其它进程进行解锁）

ngx_shmtx_wakeup()

唤醒等待加锁进程（系统支持信号量的情况下才可用）

slab 机制

nginx 的 slab 机制与 linux 的 slab 机制在基本原理上并没有什么特别大的不同（当然，

相比而言，linux 的 slab 机制要复杂得多），简单来说也就是基于两点：缓存与对齐。缓存

意味着预分配，即提前申请好内存并对内存做好划分形成内存池，当我们需要使用一块内

存空间时，nginx 就直接从已经申请并划分好的内存池里取出一块合适大小的内存即可，而

内存的释放也是把内存返还给 nginx 的内存池，而不是操作系统；对齐则意味着内存的申

请与分配总是按 2 的幂次方进行，即内存大小总是为 8、16、32、64 等，比如，虽然只申

请 33 个字节的内存，但也将获得实际 64 字节可用大小的内存，这的确存在一些内存浪费，

但对于内存性能的提升是显著的（关于内存对齐对性能的影响，可以参考： http://

lenky.info/?p=310），更重要的是把内部碎片也掌握在可控的范围内。

nginx 的 slab 机制主要是和共享内存一起使用，前面提到对于共享内存， nginx 在解析

完配置文件，把即将使用的共享内存全部以 list 链表的形式组织在全局变量 cf->cycle-

>shared_memory 下之后，就会统一进行实际的内存分配，而 nginx 的 slab 机制要做的就是

对这些共享内存进行进一步的内部划分与管理，关于这点，从函数 ngx_slab_init()的逻辑即

可初见端倪，不过在此之前，先看看 ngx_init_zone_pool()函数对它的调用：

916: Filename : ngx_slab.c

917: static ngx_int_t

918: ngx_init_zone_pool(ngx_cycle_t *cycle, ngx_shm_zone_t *zn)

919: {

920: u_char *file;

921: ngx_slab_pool_t *sp;

922:

923: sp = (ngx_slab_pool_t *) zn->shm.addr;

924: …

937: sp->end = zn->shm.addr + zn->shm.size;

938: sp->min_shift = 3;

939: sp->addr = zn->shm.addr;

940: …

960: ngx_slab_init(sp);

961: …

函数 ngx_init_zone_pool()是在共享内存分配好后进行的初始化调用，而该函数内又调

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要恰好完整的表示一个 4KB 内存页的每一个划分块状态，

必须把这个 4KB 内存页划分为 32 块，即每一块大小为：

ngx_slab_exact_size = 4096 / 32 = 128。

ngx_slab_exact_shift 7

对应 ngx_slab_exact_size（128），即是 128 = 1 << 7;。

pool->min_shift 3

固定值为 3。

pool->min_size 8

固定值为 8 ，最小划分块大小，即是 1 << pool-

>min_shift;。

好，再来看 slab 机制对 page 页的管理，初始结构示意图如下：

slab 机制对 page 页的静态管理主要体现在 ngx_slab_page_t[K]和 page[N] 这两个数组上，

需要解释几点：

第一，虽然是一个页管理结构（即 ngx_slab_page_t 元素）与一个 page 内存页相对应，

但因为有对齐消耗以及 slot 块管理结构体的占用（图中的 ngx_slab_page_t[n]数组），所以

实际上页管理结构体数目比 page 页内存数目要多，即图中的 ngx_slab_page_t[N] 到

ngx_slab_page_t[K-1]，这些结构体完全被忽视，我们也不用去管它们，只是需要知道有这

些东西的存在。

第二，如何根据页管理结构 page 获得对应内存页的起始地址 p？计算方法如下：

384: Filename : ngx_slab.c

385: p = (page - pool->pages) << ngx_pagesize_shift;

386: p += (uintptr_t) pool->start;

对照前面图示来看这很明显，无需过多解释；相反，根据内存页的起始地址 p 也能计

算出其对应的页管理结构 page。

第三，对齐是指实际 page 内存页按 ngx_pagesize 大小对齐，从图中看就是原本的 start

是那个虚线箭头所指的位置，对齐后就是实线箭头所指的位置，对齐能提高对内存页的访

问速度，但这有一些内存浪费，并且末尾可能因为不够一个 page 内存页而被浪费掉，所以

在 ngx_slab_init()函数的最末尾有一次最终可用内存页的准确调整：

75: Filename : ngx_cycle.c

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