nginx的原理

一、nginx的简介

1、常用的静态web软件

Apache:

这是中小型Web服务的主流，Web服务器中的老大哥（现在国企、银行在使用）。

Nginx：

大型网站Web服务的主流，曾经Web服务器中的初生牛犊，现已长大。 Nginx的分支Tengine（http://tengine.taobao.org/）目前也在飞速发展。

Lighttpd：

这是一个不温不火的优秀Web软件，社区不活跃，静态解析效率很高。在Nginx流行前，它是大并发静态业务的首选，国内百度贴吧、豆瓣等众多网站都有Lighttpd奋斗的身影。

2、常用来提供动态服务的软件

PHP（FastCGI）：大中小型网站都会使用，动态网页语言PHP程序的解析容器。它可配合Apache解析动态程序，不过，这里的PHP不是FastCGI守护进程模式，而是mod_php5.so（module）。也可配合Nginx解析动态程序，此时的PHP常用FastCGI守护进程模式提供服务。

Tomcat：中小企业动态Web服务主流，互联网Java容器主流（如jsp、do）。

Resin：大型动态Web服务主流，互联网Java容器主流（如jsp、do）。

3、 nginx软件服务介绍

如果你听说或使用过Apache软件，那么很快就会熟悉Nginx软件，与Apache软件类似，Nginx（“engine x”）是一个开源的，支持高性能、高并发的WWW服务器和代理服务软件。它是由俄罗斯人lgor Sysoev开发的，最初被应用在俄罗斯的大型网站www.rambler.ru上。后来作者将源代码以类BSD许可证的形式开源出来供全球使用。

Nginx可以运行在UNIX、Linux、BSD、Mac OS X、Solaris，以及Microsoft Windows等操作系统中。

Nginx官方网站：www.nginx.org

4、nginx软件特征介绍

支持高并发：能支持几万并发连接（特别是静态小文件业务环境）

资源消耗少：在3万并发连接下，开启10个Nginx线程消耗的内存不到200MB

支持异步网络I/O事件模型epoll（Linux 2.6+） apache（select）

5、nginx软件功能介绍

1）作为Web服务软件（处理用户访问静态请求）
2）反向代理或负载均衡服务
3）前端业务数据缓存服务

6、nginx与apache的对比

1、apache与nginx软件对比说明

apache使用select模型
nginx使用epoll模型
举例说明：宿舍管理员
select模型版管理员会一个一个房间查询人员
epoll模型版管理员会进行检索后，直接找到需要找的人

2、举例说明：幼儿园阿姨
select模型版阿姨会一个一个小朋友进行询问，确认哪个小朋友需要上厕所
epoll模型版阿姨会告知想上厕所小朋友自觉站到响应位置
Select特点：select 选择句柄的时候，是遍历所有句柄，也就是说句柄有事件响应时，select需要遍历所有句柄才能获取到哪些句柄有事件通知，因此效率是非常低。
epoll的特点：epoll对于句柄事件的选择不是遍历的，是事件响应的，就是句柄上事件来就马上选择出来，不需要遍历整个句柄链表，因此效率非常高。

7、Nginx的优点

1) 高并发响应性能非常好，官方Nginx给出处理静态文件并发5W/S
2) 负载均衡及反向代理性能非常强
3) 系统内存和CPU占用率低
4) 可对后端服务经行健康检查
5) 支持PHP CGI和FastCGI
6) 可以作为缓存服务器、邮件代理服务器
7) 配置代码简单

二、nginx的工作原理
在工作方式上，Nginx分为单工作进程和多工作进程两种模式。在单工作进程模式下，除主进程外，还有一个工作进程，工作进程是单线程的;在多工作进程模式下，每个工作进程包含多个线程。Nginx默认为单工作进程模式（一个master进程和一个work进程）。

Nginx在启动后，会有一个master进程和多个worker进程。

Nginx的程序架构

master/worker结构 一个master进程：负载加载和分析配置文件、管理worker进程、平滑升级 一个或多个worker进程处理并响应用户请求 缓存相关的进程： cache loader：载入缓存对象 cache manager：管理缓存对象

master进程：

1、主要用来管理worker进程，包含：接收来自外界的信号，向各worker进程发送信号，监控worker进程的运行状态，当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。

2、master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。

3、我们要控制nginx，只需要通过kill向master进程发送信号就行了。比如kill -HUP pid，则是告诉nginx，从容地重启nginx，我们一般用这个信号来重启nginx，或重新加载配置，因为是从容地重启，因此服务是不中断的。

4、master进程在接收到HUP信号后是怎么做的呢？首先master进程在接到信号后，会先重新加载配置文件，然后再启动新的worker进程，并向所有老的worker进程发送信号，告诉他们可以光荣退休了。新的worker在启动后，就开始接收新的请求，而老的worker在收到来自master的信号后，就不再接收新的请求，并且在当前进程中的所有未处理完的请求处理完成后，再退出。当然，直接给master进程发送信号，这是比较老的操作方式，nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行参数，来方便我们管理。比如，./nginx -s reload，就是来重启nginx，./nginx -s stop，就是来停止nginx的运行。如何做到的呢？我们还是拿reload来说，我们看到，执行命令时，我们是启动一个新的nginx进程，而新的nginx进程在解析到reload参数后，就知道我们的目的是控制nginx来重新加载配置文件了，它会向master进程发送信号，然后接下来的动作，就和我们直接向master进程发送信号一样了。

worker进程：

1、基于的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户端的请求，各进程互相之间是独立的。一个请求，只可能在一个worker进程中处理，一个worker进程，不可能处理其它进程的请求。worker进程的个数是可以设置的，一般我们会设置与机器cpu核数一致，这里面的原因与nginx的进程模型以及事件处理模型是分不开的。

2、worker进程之间是平等的，每个进程，处理请求的机会也是一样的。当我们提供80端口的http服务时，一个连接请求过来，每个进程都有可能处理这个连接，怎么做到的呢？首先，每个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有一个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。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，这样一个完整的请求就是这样的了。我们可以看到，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的进程模型

nginx的架构图

1、 nginx启动时，会生不处理网络请求，主要负责调度工作进程（master），也就是图示的三项：加载配置、启动工作进程及非停升级。所以，nginx启动以后，查看操作系统的进程列表，我们就能看到至少有两个nginx进程。

2、服务器实际处理网络请求及响应的是工作进程（worker），在类unix系统上，nginx可以配置多个worker，而每个worker进程都可以同时处理数以千计的网络请求。

3、模块化设计。nginx的worker，包括核心和功能性模块，核心模块负责维持一个运行循环（run-loop），执行网络请求处理的不同阶段的模块功能，如网络读写、存储读写、内容传输、外出过滤，以及将请求发往上游服务器等。而其代码的模块化设计，也使得我们可以根据需要对功能模块进行适当的选择和修改，编译成具有特定功能的服务器。

4、事件驱动、异步及非阻塞，可以说是nginx得以获得高并发、高性能的关键因素，同时也得益于对Linux、Solaris及类BSD等操作系统内核中事件通知及I/O性能增强功能的采用，如kqueue、epoll及event ports。