nginx学习笔记七（nginx HTTP框架的执行流程）

Posted 2020-07-13 messiran10

之前已经介绍过nginx的事件框架。那么，对于client发出的一个http的请求，nginx的http框架是如何一步步解析这个http请求？http框架又是如何和之前介绍过得epoll事件模块结合起来的，下面来简要介绍下。

注：我手头上的nginx工程是nginx-1.9.14的，与《深入理解nginx》的版本不一致，在http框架这块的代码上也有着较大的区别。

一.ngx_http_init_connection

在http框架初始化的时候（参见《深入理解nginx》第10章），会将每个ngx_listening_t结构体的handler方法设为ngx_http_init_connection,这是框架初始化的时候完成的工作。在整个系统正常工作起来之后，client每发出一个新的http连接请求，nginx的事件模块会对这个请求进行处理，最后在ngx_event_accept函数里面会调用accept系统调用来接收这个请求。而在ngx_event_accept函数的最后会调用ls->handler即ngx_http_init_connection函数。这样一来，新的http连接就会来到http框架中的函数来进行后续的解析和处理。

void
ngx_http_init_connection(ngx_connection_t *c) 
//当建立连接后开辟ngx_http_connection_t结构，这里面存储该服务器端ip:port所在server{}上下文配置信息，和server_name信息等，然后让
//ngx_connection_t->data指向该结构，这样就可以通过ngx_connection_t->data获取到服务器端的serv loc 等配置信息以及该server{}中的server_name信息


{
    ngx_uint_t              i;
    ngx_event_t            *rev;
    struct sockaddr_in     *sin;
    ngx_http_port_t        *port;
    ngx_http_in_addr_t     *addr;
    ngx_http_log_ctx_t     *ctx;
    ngx_http_connection_t  *hc;
#if (NGX_HAVE_INET6)
    struct sockaddr_in6    *sin6;
    ngx_http_in6_addr_t    *addr6;
#endif


    //注意ngx_connection_t和ngx_http_connection_t的区别，前者是建立连接accept前使用的结构，后者是连接成功后使用的结构
    hc = ngx_pcalloc(c->pool, sizeof(ngx_http_connection_t));
    if (hc == NULL) {
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }


    //在服务器端accept客户端连接成功(ngx_event_accept)后，会通过ngx_get_connection从连接池获取一个ngx_connection_t结构，也就是每个客户端连接对于一个ngx_connection_t结构，
    //并且为其分配一个ngx_http_connection_t结构，ngx_connection_t->data = ngx_http_connection_t，见ngx_http_init_connection
    c->data = hc;


    /* find the server configuration for the address:port */


    port = c->listening->servers;  


    if (port->naddrs > 1) {  
    
        /*
         * there are several addresses on this port and one of them
         * is an "*:port" wildcard so getsockname() in ngx_http_server_addr()
         * is required to determine a server address
         */
        //说明listen ip:port存在几条没有bind选项，并且存在通配符配置，如listen *:port,那么就需要通过ngx_connection_local_sockaddr来确定
    //究竟客户端是和那个本地ip地址建立的连接
        if (ngx_connection_local_sockaddr(c, NULL, 0) != NGX_OK) { //
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }


        switch (c->local_sockaddr->sa_family) {


#if (NGX_HAVE_INET6)
        case AF_INET6:
            sin6 = (struct sockaddr_in6 *) c->local_sockaddr;


            addr6 = port->addrs;


            /* the last address is "*" */


            for (i = 0; i < port->naddrs - 1; i++) {
                if (ngx_memcmp(&addr6[i].addr6, &sin6->sin6_addr, 16) == 0) {
                    break;
                }
            }


            hc->addr_conf = &addr6[i].conf;


            break;
#endif


        default: /* AF_INET */
            sin = (struct sockaddr_in *) c->local_sockaddr;


            addr = port->addrs; 


            /* the last address is "*" */
            //根据上面的ngx_connection_local_sockaddr函数获取到客户端连接到本地，本地IP地址获取到后，遍历ngx_http_port_t找到对应
            //的IP地址和端口，然后赋值给ngx_http_connection_t->addr_conf，这里面存储有server_name配置信息以及该ip:port对应的上下文信息
            for (i = 0; i < port->naddrs - 1; i++) {
                if (addr[i].addr == sin->sin_addr.s_addr) {
                    break;
                }
            }


          /*
                这里也体现了在ngx_http_init_connection中获取http{}上下文ctx，如果客户端请求中带有host参数，则会继续在ngx_http_set_virtual_server
                中重新获取对应的server{}和location{}，如果客户端请求不带host头部行，则使用默认的server{},见 ngx_http_init_connection  
            */
            hc->addr_conf = &addr[i].conf;


            break;
        }


    } else {


        switch (c->local_sockaddr->sa_family) {


#if (NGX_HAVE_INET6)
        case AF_INET6:
            addr6 = port->addrs;
            hc->addr_conf = &addr6[0].conf;
            break;
#endif


        default: /* AF_INET */
            addr = port->addrs;
            hc->addr_conf = &addr[0].conf;
            break;
        }
    }


    /* the default server configuration for the address:port */
    //listen add:port对于的 server{}配置块的上下文ctx
    hc->conf_ctx = hc->addr_conf->default_server->ctx;


    ctx = ngx_palloc(c->pool, sizeof(ngx_http_log_ctx_t));
    if (ctx == NULL) {
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }


    ctx->connection = c;
    ctx->request = NULL;
    ctx->current_request = NULL;


    c->log->connection = c->number;
    c->log->handler = ngx_http_log_error;
    c->log->data = ctx;
    c->log->action = "waiting for request";


    c->log_error = NGX_ERROR_INFO;


    rev = c->read;
    rev->handler = ngx_http_wait_request_handler;
    c->write->handler = ngx_http_empty_handler;


#if (NGX_HTTP_SPDY)
    if (hc->addr_conf->spdy) {
        rev->handler = ngx_http_spdy_init;
    }
#endif


#if (NGX_HTTP_SSL)
    {
    ngx_http_ssl_srv_conf_t  *sscf;


    sscf = ngx_http_get_module_srv_conf(hc->conf_ctx, ngx_http_ssl_module);


    if (sscf->enable || hc->addr_conf->ssl) {


        c->log->action = "SSL handshaking";


        if (hc->addr_conf->ssl && sscf->ssl.ctx == NULL) {
            ngx_log_error(NGX_LOG_ERR, c->log, 0,
                          "no \"ssl_certificate\" is defined "
                          "in server listening on SSL port");
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }


        hc->ssl = 1;


        rev->handler = ngx_http_ssl_handshake;
    }
    }
#endif


    if (hc->addr_conf->proxy_protocol) {
        hc->proxy_protocol = 1;
        c->log->action = "reading PROXY protocol";
    }


    /*
     如果新连接的读事件ngx_event_t结构体中的标志位ready为1，实际上表示这个连接对应的套接字缓存上已经有用户发来的数据，
     这时就可调用上面说过的ngx_http_init_request方法处理请求。
     */
    //这里只可能是当listen的时候添加了defered参数并且内核支持，在ngx_event_accept的时候才会置1，才可能执行下面的if里面的内容，否则不会只需if里面的内容
    if (rev->ready) {
        /* the deferred accept(), iocp */
        if (ngx_use_accept_mutex) { //如果是配置了accept_mutex，则把该rev->handler延后处理，
        //实际上执行的地方为ngx_process_events_and_timers中的ngx_event_process_posted
            ngx_post_event(rev, &ngx_posted_events);
            return;
        }


        rev->handler(rev); //ngx_http_wait_request_handler
        return;
    }

这个函数最核心的地方是设置c->read->handler和c->write->handler。因为此时TCP连接已经建立了，后续当epoll_wait返回事件的时候，需要完成的就不是TCP连接操作而是数据接收处理操作。所以这里把handler设置成了ngx_http_wait_request_handler二.ngx_http_wait_request_handler

//客户端建立连接后，只有第一次读取客户端数据到数据的时候，执行的handler指向该函数，因此当客户端连接建立成功后，只有第一次读取
//客户端数据才会走该函数，如果在保活期内又收到客户端请求，则不会再走该函数，而是执行ngx_http_process_request_line，因为该函数
//把handler指向了ngx_http_process_request_line
static void
ngx_http_wait_request_handler(ngx_event_t *rev)
{
    u_char                    *p;
    size_t                     size;
    ssize_t                    n;
    ngx_buf_t                 *b;
    ngx_connection_t          *c;
    ngx_http_connection_t     *hc;
    ngx_http_core_srv_conf_t  *cscf;

    c = rev->data;
    ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_HTTP, c->log, 0, "http wait request handler");

    if (rev->timedout) { //如果tcp连接建立后，等了client_header_timeout秒一直没有收到客户端的数据包过来，则关闭连接
        ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, NGX_ETIMEDOUT, "client timed out");
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }

    if (c->close) {
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }

    hc = c->data;
    cscf = ngx_http_get_module_srv_conf(hc->conf_ctx, ngx_http_core_module);

    size = cscf->client_header_buffer_size; //默认1024

    b = c->buffer;

    if (b == NULL) {
        b = ngx_create_temp_buf(c->pool, size);
        if (b == NULL) {
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }

        c->buffer = b;

    } else if (b->start == NULL) {

        b->start = ngx_palloc(c->pool, size);
        if (b->start == NULL) {
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }

        b->pos = b->start;
        b->last = b->start;
        b->end = b->last + size;
    }

    //这里如果一次没有把所有客户端的数据读取完，则在ngx_http_process_request_line中会继续读取
    //与ngx_http_read_request_header配合读
    n = c->recv(c, b->last, size);  //读取客户端来的数据    执行ngx_unix_recv

    if (n == NGX_AGAIN) {       //nginx里面采用的都是非阻塞的recv，因此当执行recv时候可能会出现还没传送完的情形，这时候recv实际上就会返回EAGAIN错误
        if (!rev->timer_set) {
            ngx_add_timer(rev, c->listening->post_accept_timeout, NGX_FUNC_LINE);
            ngx_reusable_connection(c, 1);
        }

        if (ngx_handle_read_event(rev, 0, NGX_FUNC_LINE) != NGX_OK) {
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }

        /*
         * We are trying to not hold c->buffer's memory for an idle connection.
         */

        if (ngx_pfree(c->pool, b->start) == NGX_OK) {
            b->start = NULL;
        }

        return;
    }

    if (n == NGX_ERROR) {
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }

    if (n == 0) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, 0,
                      "client closed connection");
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }

    b->last += n;

    if (hc->proxy_protocol) {
        hc->proxy_protocol = 0;

        p = ngx_proxy_protocol_read(c, b->pos, b->last);

        if (p == NULL) {
            ngx_http_close_connection(c);
            return;
        }

        b->pos = p;

        if (b->pos == b->last) {
            c->log->action = "waiting for request";
            b->pos = b->start;
            b->last = b->start;
            ngx_post_event(rev, &ngx_posted_events);
            return;
        }
    }

    c->log->action = "reading client request line";

    ngx_reusable_connection(c, 0);
    //从新让c->data指向新开辟的ngx_http_request_t
    c->data = ngx_http_create_request(c);
    if (c->data == NULL) {
        ngx_http_close_connection(c);
        return;
    }

    rev->handler = ngx_http_process_request_line;
    ngx_http_process_request_line(rev);
}

当进入这个函数的时候，一定是客户端开始往client发实际的数据了（像HTTP头，请求行等等）。那么在这个函数里面会先调用recv来接收下。由于nginx里面的recv都是非阻塞的，因此当前的recv可能会没接收到数据（比如出现client数据还没发送完这样的情况，此时recv会返回EAGAIN，这个并不是出错，而是让程序过一会再来recv看看。在非阻塞程序里面比较常见。）当出现EAGAIN的时候，需要再次把该事件注册到epoll里面去。这是因为nginx里面的epoll采用的是ET触发模式，epoll_wait模式将无法再次获取该事件，所以需要重新进行注册。然后函数会直接return,将控制权交换给HTTP框架。

ps. 有一个疑惑：如果epoll提示监听的读fd上有数据来了，但是取出该读fd, 使用recv系统调用的返回值是EAGAIN。这具体是什么原因导致的？epoll既然提示，那么该fd的接收缓存中应该存有一定的可读数据才对？

如果recv返回的结果是n>0。说明此时接收到client传来的数据了，但是只recv一次可能没法读取到所有的数据，而且TCP发送端的缓存区也很可能存不下整个HTTP请求行。所以需要采取额外的措施来继续接收数据，并且判断是否接收到了完成的HTTP请求行。nginx是专门实现了一个函数ngx_http_process_request_line来完成这个事，本函数后来把handler指向了ngx_http_process_request_line。

三.ngx_http_process_request_line

static void
ngx_http_process_request_line(ngx_event_t *rev) //gx_http_process_request_line方法来接收HTTP请求行
{
    ssize_t              n;
    ngx_int_t            rc, rv;
    ngx_str_t            host;
    ngx_connection_t    *c;
    ngx_http_request_t  *r;

    c = rev->data;
    r = c->data;

    ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_HTTP, rev->log, 0,
                   "http process request line");
    /*
     检查这个读事件是否已经超时，超时时间仍然是nginx.conf配置文件中指定的client_header_timeout。如果ngx_event_t事件的timeout标志为1，
     则认为接收HTTP请求已经超时，调用ngx_http_close_request方法关闭请求，同时由ngx_http_process_request_line方法中返回。
     */
    if (rev->timedout) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, NGX_ETIMEDOUT, "client timed out");
        c->timedout = 1;
        ngx_http_close_request(r, NGX_HTTP_REQUEST_TIME_OUT);
        return;
    }

    rc = NGX_AGAIN;

//读取一行数据，分析出请求行中包含的method、uri、http_version信息。然后再一行一行处理请求头，并根据请求method与请求头的信息来决定
//是否有请求体以及请求体的长度，然后再去读取请求体
    for ( ;; ) {

        if (rc == NGX_AGAIN) {
            n = ngx_http_read_request_header(r);

            if (n == NGX_AGAIN || n == NGX_ERROR) { 
            //如果内核中的数据已经读完，但这时候头部字段还没有解析完毕，则把控制器交还给HTTP，当数据到来的时候触发
            //ngx_http_process_request_line，因为该函数外面rev->handler = ngx_http_process_request_line;
                return;
            }
        }
    
        rc = ngx_http_parse_request_line(r, r->header_in);

        if (rc == NGX_OK) { //请求行解析成功

            /* the request line has been parsed successfully */
            //请求行内容及长度    //GET /sample.jsp HTTP/1.1整行
            r->request_line.len = r->request_end - r->request_start;
            r->request_line.data = r->request_start;
            r->request_length = r->header_in->pos - r->request_start;

            ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_HTTP, c->log, 0,
                           "http request line: \"%V\"", &r->request_line);

            //请求方法 GET  POST等    //GET /sample.jsp HTTP/1.1  中的GET
            r->method_name.len = r->method_end - r->request_start + 1;
            r->method_name.data = r->request_line.data;

            //GET /sample.jsp HTTP/1.1  中的HTTP/1.1
            if (r->http_protocol.data) {
                r->http_protocol.len = r->request_end - r->http_protocol.data;
            }

            if (ngx_http_process_request_uri(r) != NGX_OK) {
                return;
            }

            if (r->host_start && r->host_end) {

                host.len = r->host_end - r->host_start;
                host.data = r->host_start;

                rc = ngx_http_validate_host(&host, r->pool, 0);

                if (rc == NGX_DECLINED) {
                    ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, 0,
                                  "client sent invalid host in request line");
                    ngx_http_finalize_request(r, NGX_HTTP_BAD_REQUEST);
                    return;
                }

                if (rc == NGX_ERROR) {
                    ngx_http_close_request(r, NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
                    return;
                }

                if (ngx_http_set_virtual_server(r, &host) == NGX_ERROR) {
                    return;
                }

                r->headers_in.server = host;
            }

            if (r->http_version < NGX_HTTP_VERSION_10) { //1.0以下版本没有请求头部字段，
                /*
                    用户请求的HTTP版本小于1.0（如HTTP 0.9版本），其处理过程将与HTTP l.0和HTTP l.1的完全不同，它不会有接收HTTP
                    头部这一步骤。这时将会调用ngx_http_find_virtual_server方法寻找到相应的虚拟主机?                    */
                if (r->headers_in.server.len == 0
                    && ngx_http_set_virtual_server(r, &r->headers_in.server) //http0.9应该是从请求行获取虚拟主机?
                       == NGX_ERROR)
                {
                    return;
                }

                ngx_http_process_request(r);
                return;
            }

            //初始化用于存放http头部行的空间，用来存放http头部行
            if (ngx_list_init(&r->headers_in.headers, r->pool, 20,
                              sizeof(ngx_table_elt_t))
                != NGX_OK)
            {
                ngx_http_close_request(r, NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
                return;
            }

            c->log->action = "reading client request headers";

            rev->handler = ngx_http_process_request_headers;
            ngx_http_process_request_headers(rev);//开始解析http头部行

            return;
        }

        if (rc != NGX_AGAIN) {//读取完毕内核该套接字上面的数据，头部行不全，则说明头部行不全关闭连接

            /* there was error while a request line parsing */

            ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, 0,
                          ngx_http_client_errors[rc - NGX_HTTP_CLIENT_ERROR]);
            ngx_http_finalize_request(r, NGX_HTTP_BAD_REQUEST);
            return;
        }

        //表示该行内容不够，例如recv读取的时候，没有把整行数据读取出来，返回后继续recv，然后接着上次解析的位置继续解析直到请求行解析完毕
        /* NGX_AGAIN: a request line parsing is still incomplete */
        /*
             如果ngx_http_parse_request_line方法返回NGX_AGAIN，则表示需要接收更多的字符流，这时需要对header_in缓冲区做判断，检查
         是否还有空闲的内存，如果还有未使用的内存可以继续接收字符流，则跳转到第2步，检查缓冲区是否有未解析的字符流，否则调用
         ngx_http_alloc_large_header_buffer方法分配更大的接收缓冲区。到底分配多大呢？这由nginx.conf文件中的large_client_header_buffers配置项指定。
          */
        if (r->header_in->pos == r->header_in->end) {

            rv = ngx_http_alloc_large_header_buffer(r, 1);

            if (rv == NGX_ERROR) {
                ngx_http_close_request(r, NGX_HTTP_INTERNAL_SERVER_ERROR);
                return;
            }

            if (rv == NGX_DECLINED) {
                r->request_line.len = r->header_in->end - r->request_start;
                r->request_line.data = r->request_start;

                ngx_log_error(NGX_LOG_INFO, c->log, 0,
                              "client sent too long URI");
                ngx_http_finalize_request(r, NGX_HTTP_REQUEST_URI_TOO_LARGE);
                return;
            }
        }
        //表示头部行没有解析完成，继续读数据解析
    }
}

在ngx_http_process_request_line这个函数里面，首先是判断是否超时。如果不超时的话，那么接下来首先是进入 n = ngx_http_read_request_header(r);函数。 在这个函数里面，先是判断当前用户态缓存区里面是否有一些还没解析的数据。如果存在一些未解析的数据，那么会继续下去调用ngx_http_parse_request_line来进行解析请求行。如果解析成功，则后面会继续解析请求头。但是也可能解析失败，因为TCP是字节流的服务，当前收到的字节可能还没有涵盖整个请求行。所以rc的状态会再变成EAGAIN，然后再次进入 ngx_http_read_request_header(r)，在这个函数里面会尝试调用recv来接收数据。直至接收到足够的数据，以成功解析请求行。