Nginx源码阅读之 从启动到接受第一个http请求

nginx是个高性能的服务器,一个重要的因素是利用了I/O复用(在linux2.6以后的epoll,freebsd的kqueue,solaris上的eventport,在windows上用iocp,本文以epoll为例说明),epoll比poll性能提升太多,不需要一些浪费cpu的轮询操作。但这只是nginx性能高的沧海一粟,它的代码底层做了大量的优化,比如在比较4个字符的字符串的时候,nginx把这个4个字符转化为32位整型然后做整型的比较,以减少底层指令数。除了某些外部的库(openssl,pcre),所有的轮子都是自己造的,比如内存池,字符串,链表,队列,哈希表,红黑树等。

任何server本质来说无非就做了这么一件事:创建socket,接着bind,接着listen,最后accept等待tcp连接,从fd里读读写写。随着服务器编程模型的不同,会在不同的线程/进程里accept然后处理请求。本文尝试在框架上说明nginx是怎么做这件事情的。

nginx在大多数情况下是master-worker的形式工作的,因为要使多个worker共享监听同一个端口,所以在fork之前需要把这个socket初始化,然后子进程继承这个socket。

在fork之前,nginx在main函数中调用了一个重要的函数叫ngx_init_cycle,它主要用来初始化ngx_cycle_t类型的一个全局变量,这个函数接着调用ngx_open_listening_sockets,这个函数做的是创建一个新的socket,接着调用bind,接着在这个listenfd上listen,最后将这个listenfd保存在listenngx_cycle_t类型全局变量中的listening数组里。

在fork以后,worker将调用所有注册模块的init_process钩子函数(就是回调函数),其中有个核心模块叫ngx_event_core_module,它的init_process这个钩子被注册为ngx_event_process_init(src/event/ngx_event.c),在这个函数中,它为每一个在listening数组中的listenfd创建一个connection,以及这个connection对应的读写事件。 然后做了非常重要的一步:将读事件的回调函数设置为ngx_event_accept,接着把这个listenfd放到了epoll里。这代表什么意思呢,在epoll_wait返回listenfd可读的时候,就回调注册的钩子函数ngx_event_accept,这个函数的大致代码如下:

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void
ngx_event_accept(ngx_event_t *ev)
{
    ...
    // 从listenfd获得一个连接
    s = accept(...);
    ...
    //为该链接获得一个connection
    c = ngx_get_connection(s, ev->log);
    ...

    //回调,主要设置c的读写回调函数,并且加入epoll中
    ls->handler(c);
    ...
}

和预期的差不多,accpet一个连接fd,然后通过某个回调函数将fd的读写回调函数设置为http模块相关的函数,接着再放入epoll中。这里比较重要的是ls->handler(c),这个handler通过下面这系列调用(ngx_http_block->ngx_http_optimize_servers->ngx_http_add_listening->ngx_http_init_listenin)被设置为ngx_http_init_connection。接下来来看看这个函数中设置事件回调的部分:

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c->read->handler = ngx_http_wait_request_handler;
c->write->handler = ngx_http_empty_handler;
...
// 将事件放入epoll
ngx_add_event(...);

也就是说,当这个fd可读时,调用ngx_http_wait_request_handler来处理这个请求,之后的事情就是http模块的解析过程了,这个放在以后在写。随着请求的越来越多,epoll里的事件也越来越多,每次可读或者可写都调用相应的回调函数,并且epoll保证了高并发。以上就是从创建一个listen socket到接受一个http请求的框架,其中省略了很多很多的细节。

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