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中间件--Web Server--Nginx

Nginx 通过异步非阻塞的事件处理机制实现高并发。Apache 每个请求独占一个线程,非常消耗系统资源。

事件驱动适合于IO密集型服务(Nginx),多进程或线程适合于CPU密集型服务(Apache),所以Nginx适合做反向代理,而非web服务器使用。

基本的架构设计

1、接口设计

所有的模块都遵循着同样的ngx_module_t接口设计规范。

2、Ngnix核心及其常用模块设计关系
       总共有四个模块。

首先是配置模块,配置模块是所有模块的基础,他实现了最基本的配置项的解析功能。

nginx定义了一种基础类型的模块:核心模块,模块类型是NGX_CORE_MODULE。定义核心模块的目的是使得非模块化的框架代码只关注与如何调用6个核心模块。

事件模块、HTTP模块、mail模块这三种模块的共性是:实际上它们在核心模块中各有1个模块作为自己的代言人,并在同类模块中有1个作为核心业务与管理功能的模块。

事件模块是HTTP模块和mail模块的基础。

Nginx核心进程模型

首先,正常执行中的nginx会有多个进程,最基本的有master process(监控进程,也叫做主进程)和woker process(工作进程),还可能有cache相关进程。

1、master进程

监控进程充当整个进程组与用户的交互接口,同时对进程进行监护。它不需要处理网络事件,不负责业务的执行,只会通过管理worker进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。

TIPS:master进程中for(::)无限循环内有一个关键的sigsuspend()函数调用,该函数调用是的master进程的大部分时间都处于挂起状态,直到master进程收到信号为止。

2、worker进程

基本的网络事件,是放在worker进程中来处理的,wenkor之间的进程是对等的,只可能在相同的wenkor中处理,一个wenkor进程不可能处理其他进程的请求。

wenkor的个数,一般来说设置与cpu的个数相同,所以当我们提供8080端口的http请求服务时,一个请求过来,每个进程都有可能处理这个链接。因为更多的worker数,只会导致进程相互竞争cpu资源,从而带来不必要的上下文切换

3、处理过程

master(master进程会先建立好需要listen的socket)——–fork生成子进程workers,继承socket(此时workers子进程们都继承了父进程master的所有属性,当然也包括已经建立好的socket,当然不是同一个socket,只是每个进程的这个socket会监控在同一个ip地址与端口,这个在网络协议里面是允许的)——当一个连接进入,产生惊群现象。

惊群现象:一般来说,当一个连接进来后,所有在accept在这个socket上面的进程,都会收到通知,而只有一个进程可以accept这个连接,其它的则accept失败。

Nginx对惊群现象的处理:

当一个worker进程在accept这个连接之后,就开始读取请求,解析请求,处理请求,产生数据后,再返回给客户端,最后才断开连接,一个完整的请求。一个请求,完全由worker进程来处理,而且只在一个worker进程中处理。

Nginx的事件处理机制:

首先,对于一个web服务器来说,基本事务类型是:网络事件、信号、定时器。

1. Ngnix采用的是异步非阻塞的事件处理机制,由进程循环处理多个准备好的事件,从而实现高并发和轻量级。

2. 采用信号事务机制通知worker进行工作

详解: 以epoll为例:当事件没有准备好时,就放入epoll里面。如果有事件准备好了,那么就去处理;如果事件返回的是EAGAIN,那么继续将其放入epoll里面。从而,只要有事件准备好了,我们就去处理她,只有当所有时间都没有准备好时,才在epoll里面等着。这样,我们就可以并发处理大量的并发了,当然,这里的并发请求,是指未处理完的请求,线程只有一个,所以同时能处理的请求当然只有一个了,只是在请求间进行不断地切换而已,切换也是因为异步事件未准备好,而主动让出的。

这里的切换是没有任何代价,你可以理解为循环处理多个准备好的事件

题外问题

Nginx与Apache对于高并发处理上的区别

对于Apache,每个请求都会独占一个工作线程,当并发数到达几千时,就同时有几千的线程在处理请求了。这对于操作系统来说,占用的内存非常大,线程的上下文切换带来的cpu开销也很大,性能就难以上去,同时这些开销是完全没有意义的。

对于Nginx来讲,一个进程只有一个主线程,通过异步非阻塞的事件处理机制,实现了循环处理多个准备好的事件,从而实现轻量级和高并发。

Nginx比较Apache:事件驱动适合于IO密集型服务,多进程或线程适合于CPU密集型服务

1. Nginx更主要是作为反向代理,而非Web服务器使用。其网络模式是事件驱动(select、poll、epoll)。

2. 事件驱动的本质还是IO事件,应用程序在多个IO句柄间快速切换,实现所谓的异步IO。

3. 事件驱动服务器,最适合做的就是这种IO密集型工作,如反向代理,它在客户端与WEB服务器之间起一个数据中转作用,纯粹是IO操作,自身并不涉及到复杂计算。

4. 反向代理用事件驱动来做,显然更好,一个工作进程就可以run了,没有进程、线程管理的开销,CPU、内存消耗都小。

5. 当然,Nginx也可以是多进程 + 事件驱动的模式,几个进程跑libevent,不需要Apache那样动辄数百的进程数。

6. Nginx处理静态文件效果也很好,那是因为静态文件本身也是磁盘IO操作,处理过程一样。至于说多少万的并发连接,这个毫无意义。我随手写个网络程序都能处理几万7)的并发,但如果大部分客户端阻塞在那里,就没什么价值。

再看看Apache或者Resin这类应用服务器,之所以称他们为应用服务器,是因为他们真的要跑具体的业务应用,如科学计算、图形图像、数据库读写等。它们很可能是CPU密集型的服务,事件驱动并不合适。

1、例如一个计算耗时2秒,那么这2秒就是完全阻塞的,什么event都没用。想想MySQL如果改成事件驱动会怎么样,一个大型的join或sort就会阻塞住所有客户端。

2、这个时候多进程或线程就体现出优势,每个进程各干各的事,互不阻塞和干扰。当然,现代CPU越来越快,单个计算阻塞的时间可能很小,但只要有阻塞,事件编程就毫无优势。所以进程、线程这类技术,并不会消失,而是与事件机制相辅相成,长期存在。

总结之,事件驱动适合于IO密集型服务,多进程或线程适合于CPU密集型服务,它们各有各的优势,并不存在谁取代谁的倾向

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