牛逼！全网第一张源码分析全景图揭秘Nginx

Posted 2021-04-05 帅地玩编程

不管是C/C++技术栈，还是php，Java技术栈，从事后端开发的朋友对nginx一定不会陌生。

想要深入学习nginx，阅读源码一定是非常重要的一环，但nginx源码量毕竟还是不算少，一不小心就容易陷入某个细节，迷失在茫茫码海之中。

如果有一张地图，让我们开启上帝视角，总览全局，帮助我们快速学习整体框架结构，又能不至于迷失其中那就再好不过了！

看到这篇文章的你有福了，笔者花了不少时间，把这件事给做了，先来看个全貌（限于平台图片尺寸设定，这里只能看个大概，想获取高清大图请看文末）：

下面选取一些关键部分来一窥神秘的nginx。

主进程启动

nginx主进程启动后，进行一系列的初始化，包括但不限于：

• 命令行参数解析
• 时间初始化
• 日志初始化
• ssl初始化
• 操作系统相关初始化
• 一致性hash表初始化
• 模块编号处理

核心初始化

另外一个最重要的初始化由ngx_init_cycle()函数完成，该函数围绕nginx中非常核心的一个全局数据结构ngx_cycle_t展开。

该函数完成了几个核心初始化：

• 配置文件解析
• 创建并监听socket
• 初始化nginx各模块

nginx核心模块群

nginx是一个模块化设计的软件，优秀的架构设计使得nginx可以扩展非常多的模块。

要一一描绘出这些模块显得有些杂乱和工作量巨大，仅选取一些关键核心模块进行了展示：

每个模块有一个支持的命令解析列表，在初始化过程中，主进程将会遍历所有模块的命令列表，进行配置文件中的命令解析，如经常用的ngx_http_proxy_module:

ngx_http_core_module模块：

---

main函数的最后，根据是否启用多进程模型，分别进入多进程版本的ngx_master_process_cycle和单进程版本的ngx_single_process_cycle()。

以常见的多进程版本为例，进入该函数后，首先设置进程名称为："master process"，随后启动各工作子进程。

启动子进程

经过几层封装，最终通过fork启动多个子进程：

除了工作子进程，还启动了缓存管理进程。

之后主进程进入工作循环，周期性更新时间并检查各全局标记，根据不同情况给子进程发送不同信号。

子进程工作循环

子进程启动后，进入ngx_worker_process_cycle，进行一些工作进程的初始化，随后修改进程名称为："worker process"。

接着进入工作循环函数ngx_process_events_and_timers，在该函数中主要负责：

• 竞争互斥锁，拿到锁的进程才能执行accept接受新的连接，以此在多进程之间解决惊群效应
• 通过epoll异步IO模型处理网络IO事件，包括新的连接事件和已建立连接发生的读写事件
• 处理定时器队列中到期的定时器事件，定时器通过红黑树的方式存储

HTTP请求预处理

当连接有数据产生时，工作线程读取socket中到来的数据，并根据HTTP协议格式进行解析，最终封装成ngx_request_t请求对象，提交处理。

HTTP请求处理的11个阶段

在nginx中各HTTP模块是以挂载的形式串接而成，以流水线工作模式进行HTTP请求的处理，nginx将一个HTTP请求的处理划分为11个阶段。

typedef enum {
    NGX_HTTP_POST_READ_PHASE = 0,
    NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_FIND_CONFIG_PHASE,
    NGX_HTTP_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_POST_REWRITE_PHASE,
    NGX_HTTP_PREACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_ACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_POST_ACCESS_PHASE,
    NGX_HTTP_PRECONTENT_PHASE,
    NGX_HTTP_CONTENT_PHASE,
    NGX_HTTP_LOG_PHASE
} ngx_http_phases;

每阶段（部分阶段保留，不允许挂载）允许多个模块挂载，一个模块也可以挂载到多个阶段。因此，初次完成挂载的存储结构是一个二维数组的形式。

不过在初始化过程中，ngx_http_init_phase_handlers函数将该二维数组转换成了一维数组。下图是nginx中各模块挂载情况：

全景图

最后，再来看一看全貌：

总结

nginx不仅是一款优秀的高性能web服务器，对于C/C++技术栈的同学来说，还是一个很好的学习对象，其良好的架构设计，优美的代码风格和经典的编程技法无一不值得细细品来。

不过限于笔者水平和时间有限，虽然号称全景图，但依然无法覆盖到nginx的方方面面，欢迎读者朋友留言交流，让此图日渐完善，谢谢大家。