Nginx学习笔记之事件驱动框架处理流程

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.