Nginx学习笔记之事件驱动框架处理流程
投稿：hebedich
ngx_event_core_module模块的ngx_event_process_init方法对事件模块做了一些初始化。其中包括将“请求连接”这样一个读事件对应的处理方法（handler）设置为ngx_event_accept函数，并将此事件添加到epoll模块中。当有新连接事件发生时，ngx_event_accept就会被调用。大致流程是这样：
worker进程在ngx_worker_process_cycle方法中不断循环调用ngx_process_events_and_timers函数处理事件，这个函数是事件处理的总入口。
ngx_process_events_and_timers会调用ngx_process_events，这是一个宏，相当于ngx_event_actions.process_events，ngx_event_actions是个全局的结构体，存储了对应事件驱动模块（这里是epoll模块）的10个函数接口。所以这里就是调用了ngx_epoll_module_ctx.actions.process_events函数，也就是ngx_epoll_process_events函数来处理事件。
ngx_epoll_process_events调用Linux函数接口epoll_wait获得“有新连接”这个事件，然后调用这个事件的handler处理函数来对这个事件进行处理。
在上面已经说过handler已经被设置成了ngx_event_accept函数，所以就调用ngx_event_accept进行实际的处理。
下面分析ngx_event_accept方法，它的流程图如下所示：
经过精简的代码如下，注释中的序号对应上图的序号：
void
ngx_event_accept(ngx_event_t *ev)
{
socklen_t socklen;
ngx_err_t err;
ngx_log_t *log;
ngx_uint_t level;
ngx_socket_t s;
ngx_event_t *rev, *wev;
ngx_listening_t *ls;
ngx_connection_t *c, *lc;
ngx_event_conf_t *ecf;
u_char sa[NGX_SOCKADDRLEN];
if (ev->timedout) {
if (ngx_enable_accept_events((ngx_cycle_t *) ngx_cycle) != NGX_OK) {
return;
}
ev->timedout = 0;
}
ecf = ngx_event_get_conf(ngx_cycle->conf_ctx, ngx_event_core_module);
if (ngx_event_flags & NGX_USE_RTSIG_EVENT) {
ev->available = 1;
} else if (!(ngx_event_flags & NGX_USE_KQUEUE_EVENT)) {
ev->available = ecf->multi_accept;
}
lc = ev->data;
ls = lc->listening;
ev->ready = 0;
do {
socklen = NGX_SOCKADDRLEN;
/* 1、accept方法试图建立连接，非阻塞调用 */
s = accept(lc->fd, (struct sockaddr *) sa, &socklen);
if (s == (ngx_socket_t) -1)
{
err = ngx_socket_errno;
if (err == NGX_EAGAIN)
{
/* 没有连接，直接返回 */
return;
}
level = NGX_LOG_ALERT;
if (err == NGX_ECONNABORTED) {
level = NGX_LOG_ERR;
} else if (err == NGX_EMFILE || err == NGX_ENFILE) {
level = NGX_LOG_CRIT;
}
if (err == NGX_ECONNABORTED) {
if (ngx_event_flags & NGX_USE_KQUEUE_EVENT) {
ev->available--;
}
if (ev->available) {
continue;
}
}
if (err == NGX_EMFILE || err == NGX_ENFILE) {
if (ngx_disable_accept_events((ngx_cycle_t *) ngx_cycle)
!= NGX_OK)
{
return;
}
if (ngx_use_accept_mutex) {
if (ngx_accept_mutex_held) {
ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex);
ngx_accept_mutex_held = 0;
}
ngx_accept_disabled = 1;
} else {
ngx_add_timer(ev, ecf->accept_mutex_delay);
}
}
return;
}
/* 2、设置负载均衡阈值 */
ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8
- ngx_cycle->free_connection_n;
/* 3、从连接池获得一个连接对象 */
c = ngx_get_connection(s, ev->log);
/* 4、为连接创建内存池 */
c->pool = ngx_create_pool(ls->pool_size, ev->log);
c->sockaddr = ngx_palloc(c->pool, socklen);
ngx_memcpy(c->sockaddr, sa, socklen);
log = ngx_palloc(c->pool, sizeof(ngx_log_t));
/* set a blocking mode for aio and non-blocking mode for others */
/* 5、设置套接字属性为阻塞或非阻塞 */
if (ngx_inherited_nonblocking) {
if (ngx_event_flags & NGX_USE_AIO_EVENT) {
if (ngx_blocking(s) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ev->log, ngx_socket_errno,
ngx_blocking_n " failed");
ngx_close_accepted_connection(c);
return;
}
}
} else {
if (!(ngx_event_flags & (NGX_USE_AIO_EVENT|NGX_USE_RTSIG_EVENT))) {
if (ngx_nonblocking(s) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ev->log, ngx_socket_errno,
ngx_nonblocking_n " failed");
ngx_close_accepted_connection(c);
return;
}
}
}
*log = ls->log;
c->recv = ngx_recv;
c->send = ngx_send;
c->recv_chain = ngx_recv_chain;
c->send_chain = ngx_send_chain;
c->log = log;
c->pool->log = log;
c->socklen = socklen;
c->listening = ls;
c->local_sockaddr = ls->sockaddr;
c->local_socklen = ls->socklen;
c->unexpected_eof = 1;
rev = c->read;
wev = c->write;
wev->ready = 1;
if (ngx_event_flags & (NGX_USE_AIO_EVENT|NGX_USE_RTSIG_EVENT)) {
/* rtsig, aio, iocp */
rev->ready = 1;
}
if (ev->deferred_accept) {
rev->ready = 1;
}
rev->log = log;
wev->log = log;
/*
* TODO: MT: - ngx_atomic_fetch_add()
* or protection by critical section or light mutex
*
* TODO: MP: - allocated in a shared memory
* - ngx_atomic_fetch_add()
* or protection by critical section or light mutex
*/
c->number = ngx_atomic_fetch_add(ngx_connection_counter, 1);
if (ls->addr_ntop) {
c->addr_text.data = ngx_pnalloc(c->pool, ls->addr_text_max_len);
if (c->addr_text.data == NULL) {
ngx_close_accepted_connection(c);
return;
}
c->addr_text.len = ngx_sock_ntop(c->sockaddr, c->socklen,
c->addr_text.data,
ls->addr_text_max_len, 0);
if (c->addr_text.len == 0) {
ngx_close_accepted_connection(c);
return;
}
}
/* 6、将新连接对应的读写事件添加到epoll对象中 */
if (ngx_add_conn && (ngx_event_flags & NGX_USE_EPOLL_EVENT) == 0) {
if (ngx_add_conn(c) == NGX_ERROR) {
ngx_close_accepted_connection(c);
return;
}
}
log->data = NULL;
log->handler = NULL;
/* 7、TCP建立成功调用的方法，这个方法在ngx_listening_t结构体中 */
ls->handler(c);
} while (ev->available); /* available标志表示一次尽可能多的建立连接，由配置项multi_accept决定 */
}
Nginx中的“惊群”问题
Nginx一般会运行多个worker进程，这些进程会同时监听同一端口。当有新连接到来时，内核将这些进程全部唤醒，但只有一个进程能够和客户端连接成功，导致其它进程在唤醒时浪费了大量开销，这被称为“惊群”现象。Nginx解决“惊群”的方法是，让进程获得互斥锁ngx_accept_mutex，让进程互斥地进入某一段临界区。在该临界区中，进程将它所要监听的连接对应的读事件添加到epoll模块中，使得当有“新连接”事件发生时，该worker进程会作出反应。这段加锁并添加事件的过程是在函数ngx_trylock_accept_mutex中完成的。而当其它进程也进入该函数想要添加读事件时，发现互斥锁被另外一个进程持有，所以它只能返回，它所监听的事件也无法添加到epoll模块，从而无法响应“新连接”事件。但这会出现一个问题：持有互斥锁的那个进程在什么时候释放互斥锁呢？如果需要等待它处理完所有的事件才释放锁的话，那么会需要相当长的时间。而在这段时间内，其它worker进程无法建立新连接，这显然是不可取的。Nginx的解决办法是：通过ngx_trylock_accept_mutex获得了互斥锁的进程，在获得就绪读/写事件并从epoll_wait返回后，将这些事件归类放入队列中：
新连接事件放入ngx_posted_accept_events队列
已有连接事件放入ngx_posted_events队列
代码如下：
if (flags & NGX_POST_EVENTS)
{
/* 延后处理这批事件 */
queue = (ngx_event_t **) (rev->accept ? &ngx_posted_accept_events : &ngx_posted_events);
/* 将事件添加到延后执行队列中 */
ngx_locked_post_event(rev, queue);
}
else
{
rev->handler(rev); /* 不需要延后，则立即处理事件 */
}
写事件做类似处理。进程接下来处理ngx_posted_accept_events队列中的事件，处理完后立即释放互斥锁，使该进程占用锁的时间降到了最低。
Nginx中的负载均衡问题
Nginx中每个进程使用了一个处理负载均衡的阈值ngx_accept_disabled，它在上图的第2步中被初始化：
ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8 - ngx_cycle->free_connection_n;
它的初值为一个负数，该负数的绝对值等于总连接数的7/8.当阈值小于0时正常响应新连接事件，当阈值大于0时不再响应新连接事件，并将ngx_accept_disabled减1，代码如下：
if (ngx_accept_disabled > 0)
{
ngx_accept_disabled--;
}
else
{
if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR)
{
return;
}
....
}
这说明，当某个进程当前的连接数达到能够处理的总连接数的7/8时，负载均衡机制被触发，进程停止响应新连接。
参考：
《深入理解Nginx》 P328-P334.