深入理解Nginx架构与多进程模式

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NGINX开发深入理解(100%) NGINX是一款著名的高性能Web服务器和反向代理服务器，以其高效、稳定和易于扩展而闻名。在本章节中，我们将探讨NGINX的核心架构和工作原理，从初识其基础概念开始。首先，NGINX以守护进程（daemon）模式在Unix系统中运行，主进程（master）和工作进程（worker）是其关键组成部分。master进程负责管理多个worker进程，包括接收外部信号、监控worker状态并进行必要的信号传递。当worker进程出现故障时，master会自动重启新的worker进程，确保服务连续性。 worker进程是处理实际网络请求的地方，它们是平等竞争的，每个请求仅在单个工作进程中被处理，确保了请求的隔离性和并发能力。worker进程的数量通常与机器的CPU核心数相匹配，这是因为这种配置优化了资源利用，减少了上下文切换带来的性能损耗，并利用了多核处理器的优势。 NGINX的进程模型采用多进程架构，其示意图清楚地展示了这个模型。在这个模型中，master和worker进程之间的交互是有序且高效的，每个worker独立处理请求，避免了共享内存带来的复杂性和潜在问题。在生产环境中，多进程模式是常态，因为它提供了更好的负载均衡和容错能力。然而，为了调试和测试目的，用户可以临时将NGINX设置为非守护模式，即前台运行，但这并不适用于长期部署。在后续章节中，会详细介绍如何进行有效的NGINX调试。操作NGINX时，主要通过与master进程交互来进行，比如配置更改或监控状态。但直接操作worker进程通常是不必要的，因为master负责协调和维护这些进程。理解和掌握NGINX的多进程架构是开发和运维过程中的重要基础，这将有助于优化性能、提高服务器效率，并为遇到的问题提供有效的解决方案。通过深入学习和实践，开发者可以逐步精通NGINX的使用，提升Web应用的稳定性和性能。

* %C wchar

这里特别要提醒的是，我们最常用于格式化 ngx_str_t 结构，其对应的转义符是%V，传给函

数的一定要是指针类型，否则程序就会 coredump 掉。这也是我们最容易犯的错。比如：

.. code:: c

ngx_str_t str = ngx_string("hello world");

char buffer[1024];

ngx_snprintf(buffer, 1024, "%V", &str); // 注意，str 取地址

.. code:: c

void ngx_encode_base64(ngx_str_t *dst, ngx_str_t *src);

ngx_int_t ngx_decode_base64(ngx_str_t *dst, ngx_str_t *src);

这两个函数用于对 str 进行 base64 编码与解码，调用前，需要保证 dst 中有足够的空间来存

放结果，如果不知道具体大小，可先调用 ngx_base64_encoded_length 与

ngx_base64_decoded_length 来预估最大占用空间。

.. code:: c

uintptr_t ngx_escape_uri(u_char *dst, u_char *src, size_t size,

ngx_uint_t type);

对 src 进行编码，根据 type 来按不同的方式进行编码，如果 dst 为 NULL，则返回需要转义

的字符的数量，由此可得到需要的空间大小。type 的类型可以是：

.. code:: c

#define NGX_ESCAPE_URI 0

#define NGX_ESCAPE_ARGS 1

#define NGX_ESCAPE_HTML 2

#define NGX_ESCAPE_REFRESH 3

#define NGX_ESCAPE_MEMCACHED 4

#define NGX_ESCAPE_MAIL_AUTH 5

.. code:: c

void ngx_unescape_uri(u_char **dst, u_char **src, size_t size, ngx_uint_t type);

对 src 进行反编码，type 可以是 0、NGX_UNESCAPE_URI、NGX_UNESCAPE_REDIRECT 这三个值。

如果是 0，则表示 src 中的所有字符都要进行转码。如果是 NGX_UNESCAPE_URI 与

NGX_UNESCAPE_REDIRECT，则遇到'?'后就结束了，后面的字符就不管了。而 NGX_UNESCAPE_URI

与 NGX_UNESCAPE_REDIRECT 之间的区别是 NGX_UNESCAPE_URI 对于遇到的需要转码的字符，都

会转码，而 NGX_UNESCAPE_REDIRECT 则只会对非可见字符进行转码。

.. code:: c

uintptr_t ngx_escape_html(u_char *dst, u_char *src, size_t size);

对 html 标签进行编码。

当然，我这里只介绍了一些常用的 api 的使用，大家可以先熟悉一下，在实际使用过程中，

遇到不明白的，最快最直接的方法就是去看源码，看 api 的实现或看 nginx 自身调用 api 的

地方是怎么做的，代码就是最好的文档。

ngx_pool_t(100%)

~~~~~~~~~~~~~~~~~~

ngx_pool_t 是一个非常重要的数据结构，在很多重要的场合都有使用，很多重要的数据结构

也都在使用它。那么它究竟是一个什么东西呢？简单的说，它提供了一种机制，帮助管理一

系列的资源（如内存，文件等），使得对这些资源的使用和释放统一进行，免除了使用过程中

考虑到对各种各样资源的什么时候释放，是否遗漏了释放的担心。

例如对于内存的管理，如果我们需要使用内存，那么总是从一个 ngx_pool_t 的对象中获取内

存，在最终的某个时刻，我们销毁这个 ngx_pool_t 对象，所有这些内存都被释放了。这样我

们就不必要对对这些内存进行 malloc 和 free 的操作，不用担心是否某块被 malloc 出来的内

存没有被释放。因为当 ngx_pool_t 对象被销毁的时候，所有从这个对象中分配出来的内存都

会被统一释放掉。

再比如我们要使用一系列的文件，但是我们打开以后，最终需要都关闭，那么我们就把这些

文件统一登记到一个 ngx_pool_t 对象中，当这个 ngx_pool_t 对象被销毁的时候，所有这些

文件都将会被关闭。

从上面举的两个例子中我们可以看出，使用 ngx_pool_t 这个数据结构的时候，所有的资源的

释放都在这个对象被销毁的时刻，统一进行了释放，那么就会带来一个问题，就是这些资源

的生存周期（或者说被占用的时间）是跟 ngx_pool_t 的生存周期基本一致（ngx_pool_t 也

提供了少量操作可以提前释放资源）。从最高效的角度来说，这并不是最好的。比如，我们需

要依次使用 A，B，C 三个资源，且使用完 B 的时候，A 就不会再被使用了，使用 C 的时候 A

和 B 都不会被使用到。如果不使用 ngx_pool_t 来管理这三个资源，那我们可能从系统里面申

请 A，使用 A，然后在释放 A。接着申请 B，使用 B，再释放 B。最后申请 C，使用 C，然后释

放 C。但是当我们使用一个 ngx_pool_t 对象来管理这三个资源的时候，A，B 和 C 的释放是在

最后一起发生的，也就是在使用完 C 以后。诚然，这在客观上增加了程序在一段时间的资源

使用量。但是这也减轻了程序员分别管理三个资源的生命周期的工作。这也就是有所得，必

有所失的道理。实际上是一个取舍的问题，要看在具体的情况下，你更在乎的是哪个。

可以看一下在 nginx 里面一个典型的使用 ngx_pool_t 的场景，对于 nginx 处理的每个 http

request, nginx 会生成一个 ngx_pool_t 对象与这个 http request 关联，所有处理过程中需

要申请的资源都从这个 ngx_pool_t 对象中获取，当这个 http request 处理完成以后，所有

在处理过程中申请的资源，都将随着这个关联的 ngx_pool_t 对象的销毁而释放。

ngx_pool_t 相关结构及操作被定义在文件 src/core/ngx_palloc.h|c 中。

.. code:: c

typedef struct ngx_pool_s ngx_pool_t;

struct ngx_pool_s {

ngx_pool_data_t d;

size_t max;

ngx_pool_t *current;

ngx_chain_t *chain;

ngx_pool_large_t *large;

ngx_pool_cleanup_t *cleanup;

ngx_log_t *log;

};

从 ngx_pool_t 的一般使用者的角度来说，可不用关注 ngx_pool_t 结构中各字段作用。所以

这里也不会进行详细的解释，当然在说明某些操作函数的使用的时候，如有必要，会进行说

明。

下面我们来分别解释下 ngx_pool_t 的相关操作。

.. code:: c

ngx_pool_t *ngx_create_pool(size_t size, ngx_log_t *log);

创建一个初始节点大小为 size 的 pool，log 为后续在该 pool 上进行操作时输出日志的对象。

需要说明的是 size 的选择，size 的大小必须小于等于 NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL，且必须大

于 sizeof(ngx_pool_t)。

选择大于 NGX_MAX_ALLOC_FROM_POOL 的值会造成浪费，因为大于该限制的空间不会被用到（只

是说在第一个由 ngx_pool_t 对象管理的内存块上的内存，后续的分配如果第一个内存块上的

空闲部分已用完，会再分配的）。

选择小于 sizeof(ngx_pool_t)的值会造成程序崩溃。由于初始大小的内存块中要用一部分来

存储 ngx_pool_t 这个信息本身。

对于被置于大块内存链，也就是被 large 字段管理的一列内存中的某块进行释放。该函数的

实现是顺序遍历 large 管理的大块内存链表。所以效率比较低下。如果在这个链表中找到了

这块内存，则释放，并返回 NGX_OK。否则返回 NGX_DECLINED。

由于这个操作效率比较低下，除非必要，也就是说这块内存非常大，确应及时释放，否则一

般不需要调用。反正内存在这个 pool 被销毁的时候，总归会都释放掉的嘛！

.. code:: c

ngx_pool_cleanup_t *ngx_pool_cleanup_add(ngx_pool_t *p, size_t size);

ngx_pool_t 中的 cleanup 字段管理着一个特殊的链表，该链表的每一项都记录着一个特殊的

需要释放的资源。对于这个链表中每个节点所包含的资源如何去释放，是自说明的。这也就

提供了非常大的灵活性。意味着，ngx_pool_t 不仅仅可以管理内存，通过这个机制，也可以

管理任何需要释放的资源，例如，关闭文件，或者删除文件等等。下面我们看一下这个链表

每个节点的类型:

.. code:: c

typedef struct ngx_pool_cleanup_s ngx_pool_cleanup_t;

typedef void (*ngx_pool_cleanup_pt)(void *data);

struct ngx_pool_cleanup_s {

ngx_pool_cleanup_pt handler;

void *data;

ngx_pool_cleanup_t *next;

};

:data: 指明了该节点所对应的资源。

:handler: 是一个函数指针，指向一个可以释放 data 所对应资源的函数。该函数只有一个参

数，就是 data。

:next: 指向该链表中下一个元素。

看到这里，ngx_pool_cleanup_add 这个函数的用法，我相信大家都应该有一些明白了。但是

这个参数 size 是起什么作用的呢？这个 size 就是要存储这个 data 字段所指向的资源的大

小，该函数会为 data 分配 size 大小的空间。

比如我们需要最后删除一个文件。那我们在调用这个函数的时候，把 size 指定为存储文件名

的字符串的大小，然后调用这个函数给 cleanup 链表中增加一项。该函数会返回新添加的这

个节点。我们然后把这个节点中的 data 字段拷贝为文件名。把 hander 字段赋值为一个删除

文件的函数（当然该函数的原型要按照 void (\*ngx_pool_cleanup_pt)(void \*data)）。

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andy-guo

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