深度好文：Nginx 是如何启动并处理 http 请求的？

很早以前就有看nginx的冲动，可是一直被一些事耽搁着，最近在繁忙之中，抽出点时间，看了下Nginx代码，发现总体上并非很难看懂，并且恰好想学习nginx+lua开发。

nginx 在互联网公司使用很广，最重要的功能当属反向代理和负载均衡了吧，固然还有缓存。因此有必要对 nginx 熟悉使用和深刻了解。

记得我以前在不少文章有提到，后台组件框架主要有三种：redis单进程单线程，memcache单进程多线程，nginx多进程；等看了nginx以后，我也算集齐了。

nginx以模块化方式开发，好比核心模块，event模块，http模块，而后为了支持多平台，event模块下又有对各大平台的封装支持，例如linux平台epoll，mac平台kqueue等等；而后http模块也被拆分红了不少子模块。

这篇文章算是我本身作的笔记吧，把以前研究的东西记录下。

也许是以前看过redis 和 golang 以及 python的 http 框架，nginx总体框架比较容易就看懂了，固然不少细节还需后面慢慢看。

这篇文章主要介绍 nginx 是如何开启，以及请求是怎么执行的，因此这篇文章主要就是如下两点：

1. nginx开启流程;
2. 重要回调函数设置；
3. nginx处理http请求；
4. 总结

1. nginx开启流程

nginx体量很大，想要在较短期内看完全部代码很难，并且我看得时间也不是不少，因此，这里主要站在宏观角度，对nginx作个总体剖析。

其实若是直接从main函数直接开始看，其实也是能够看懂大部分，可是 nginx 回调函数太多了，看着看着，忽然跑出一个回调函数，常常就懵逼了。

所以，就须要用gdb来定点调试；

要使用gdb，首先须要在gcc编译时，加入-g选项，能够以下操做：

1. 打开nginx目录/auto/cc/conf文件，而后更改ngx_compile_opt=”-c”选项，添加-g，即为ngx_compile_opt=”-c -g”;
2. 而后运行./configure和make便可编译生成可执行文件，在文件objs目录下;

生成可执行文件nginx以后，直接在终端运行便可，nginx会加载默认配置文件，以daemon形式运行;

nginx运行以后，便可经过gdb来调试; 

按以下命令开启gdb

而后，经过pidof命令获取nginx进程号，便可attach，以下：

nginx默认开启一个master进程和一个worker进程，所以上述命令会返回两个进程号，在我主机上8125和8126，较小是master进程，较大的是worker进程；接下来，先看下master进程，

这样就能够直接调试nginx的worker进程，用命令bt能够查看master进程的函数栈

nginx开启以后，首先启动的就是master进程，从main函数开始，

1. main函数主要是作一些初始化操做，初始化启动参数，开启daemon，新建pid文件等等，而后调用ngx_master_process_cycle函数；
2. 在ngx_master_process_cycle函数中最重要就是开启子进程，而后调用sigsuspend函数，master进程则阻塞在在信号中；

所以，master进程任务就是开启子进程，而后管理子进程；怎么管理了？

信号，对，就是信号；当master进程收到一个信号以后，就把这个信号传递给worker进程，worker进程进而根据不一样信号分别处理。

那么问题又来了，master进程是如何把信号传递给worker进程的？

管道，对，就是管道。原理和memcache的master线程和worker线程通讯机制同样，即每一个worker进程有两个文件描述符fd[0]和fd[1]，一个读端，一个写端；

worker进程将读端加入epoll事件监听，当master进程收到一个信号后，在每一个worker进程写端写入一个flag，而后worker进程触发读事件，读取flag，并根据flag作相应操做。

所以nginx接收客户端请求以及处理客户端请求，主要是在worker进程，咱们来看下，worker进程函数栈

由于 worker 进程是由 master 进程 fork 出来，所以 worker 进程包含 master 进程的函数栈；咱们直接从#5函数开始看，

1. ngx_start_worker_processes 函数调用ngx_spawn_process开启子进程，而且设置master进程和worker进程通讯的管道；
2. ngx_spawn_process函数主要是设置master进程和worker进程间通讯管道，例如非阻塞等等，而后经过fork函数正式开启子进程；

   子进程调用经过参数传递进来的回调函数ngx_worker_process_cycle正式切入子进程部分，父进程则接着设置worker进程相关属性；

3. ngx_worker_process_cycle 一开始调用 ngx_worker_process_init 函数对worker 进程作些初始化设置，包括设置进程优先级，worker进程容许打开的最大文件描述符，对阻塞信号的设置，初始化全部模块，将master进程和worker进程间通讯管道添加到监听可读事件等等；

   而后在一个无限循环中，函数ngx_worker_process_cycle接着调用ngx_process_events_and_timers，开启事件监听循环；

4. 在ngx_process_events_and_timers 函数中，先是获取锁，若是获取到锁，listenfd 便可接收客户端，不然 listenfd 不可接收客户端事件；

   而后调用ngx_process_events函数，这个函数也就是ngx_epoll_process_events函数，开启开启事件监听；

ok，worker 进程此时已就绪，等待客户端链接以及请求数据。

为了不惊群现象以及实现worker进程负载均衡，每次有客户端链接时，全部worker进程会先争抢锁，若是某个worker进程获取到锁，便可执行接收客户端和客户端请求事件；

若是worker进程没有争抢到锁，只执行客户端请求事件。

2. 重要回调函数设置

当nginx的master进程和worker进程开启以后，客户端便可发送请求；接下来，就看看nginx是如何处理请求的；

当客户端发送请求以后，首先是经过tcp三次握手创建链接；当链接创建成功以后，即执行listenfd的回调函数，可是listenfd的回调函数是哪一个了？这对于新手来讲，实际上是很难发现listenfd回调函数。

下面分析下：

像listenfd的回调函数以及模块间是如何拼凑在一块儿，这些几乎都是在模块初始化时完成的。

对于listenfd的回调函数便是在event模块初始化时或者调用event模块一些设置函数时设置；

客户端链接上服务器以后，服务器收到请求以后的回调函数也是在http模块初始化时或者调用模http模块一些设置函数时设置的。

在event模块初始化时，调用的是ngx_event_process_init函数，下面列出这个函数最重要的代码：

在for循环中，迭代每一个监听套接字，recv为listenfd链接对象的读事件，这里设置listenfd读事件的回调函数为ngx_event_accept函数，而后将每一个listenfd添加到事件监听中，并设置为可读事件。

ok，当咱们去看ngx_add_conn和ngx_add_event的定义时，以下：

说明 ngx_add_conn 和 ngx_add_event 都是结构体 ngx_event_actions 结构体中设置的函数指针；

其实这个ngx_event_actions就是nginx跨平台的关键，由于不一样平台使用的事件监听器是不同的，致使ngx_event_actions也就不同。

例如linux使用的是epoll，所以ngx_event_actions结构体就是在epoll模块加载时设置，在上述代码前半部分。咱们来看下epoll模块actions.init函数：

从代码能够看出，ngx_event_actions被设置为ngx_epoll_module_ctx.actions，接着看下这个结构体：

所以，当调用ngx_add_conn和ngx_add_event时，分别调用的是ngx_epoll_add_connection和ngx_epoll_add_event;

如此一来，若是此时是mac平台，那么使用的事件监听器是kqueue，那么当调用ngx_add_event时，调用的就是ngx_kqueue_add_event。

若是使用的poll监听器，那么调用将是ngx_poll_add_event等等。

接下来，再分析一个很重要的回调函数，即客户端连上客户端以后，发送请求时的回调函数，先来看下，listenfd回调函数

当客户端链接服务器时，首先listenfd回调函数先是调用accept函数接收客户端请求，而后从对象池中获取一个封装客户端socket链接对象。

若是目前使用的是epoll事件监听器，则调用ngx_add_conn(c)放入事件监听，最后调用ngx_listening_t的回调函数，对客户端链接进一步操做；

ok，这个ls->handler(c)是个啥？我在第一次看代码时，一脸懵逼！！！

还记得以前说的吗？模块之间的衔接，几乎都是在模块初始化或者调用模块一些设置函数时设置的，所以接下来，就来看看http模块初始化时作了什么。

http模块并无在模块初始化函数中设置 ls->handler(c)，而是在当读取到”http”命令时，执行命令函数  ngx_http_block 中设置；

真是藏的够深，经历了四个函数，终于看到ls-handler设置函数了，即为ngx_http_init_connection函数，而这个函数在http模块，为客户端http请求处理的入口函数；

到此为止，咱们能够知道服务器在接收到客户端以后，首先将客户端封装成ngx_connection_t结构体，而后交给http模块执行http请求。

3. nginx 处理 http 请求

nginx处理http的请求是nginx最重要的职能，也是最复杂的一部分。能够大概说下执行流程：

1. 读取解析请求行；
2. 读取解析请求头；
3. 开始最重要的部分，即多阶段处理；

   nginx把请求处理划分红了11个阶段，也就是说当nginx读取了请求行和请求头以后，将请求封装告终构体ngx_http_request_t，而后每一个阶段的handler都会根据这个ngx_http_request_t，对请求进行处理，例如重写uri，权限控制，路径查找，生成内容以及记录日志等等；

4. 将结果返回给客户端；

多阶段处理是nginx模块最重要的部分，由于第三方模块也是注册在这；例若有人写了一个利用nginx和memcache作页面缓存的第三方模块，也能够把memcache换成redis集群等等；

并且nginx多阶段处理有点相似python和golang web框架的中间件，后者主要是用装饰器模式，对handler一层一层封装，而nginx是用数组（链表）形式组合多阶段handler，而后按handler链表执行便可；

由于多阶段这块内容还没彻底看懂，因此跟着网上教程，写了个最简单的第三方模块，用于设置定点调试，观察http阶段函数执行过程，步骤以下：

1. 在nginx目录下新建一个目录thm（third mudole），在新建一个foo目录（foo模块），而后在foo目录下新建ngx_http_foo_module.c

而后一样是在foo目录下新建一个配置文件config

这样，一个最简单的第三方模块就编写完成。

上述两个函数很好理解，一个是初始化函数，将这个模块的 handler 注册到某个阶段中。

这个例子是在阶段NGX_HTTP_CONTENT_PHASE，而后当程序执行到上述阶段时，便可执行foo模块；最后从新编译生成可执行文件便可。

接下来，利用gdb来看下http执行过程，把定点设置在

简要说明下上述函数，我阅读的版本和运行版本不同，所以上述仅供参考:

1. 当有客户端发送tcp链接请求时，ngx_epoll_process_events返回listenfd可读事件，调用ngx_event_accept函数接收客户端请求，而后将请求封装成ngx_connection_t结构体，最后调用ngx_http_init_connection函数进入http处理；
2. 在新版nginx中，并无看到ngx_http_wait_request_handler,而是改为了ngx_http_init_connection(ngx_connection_t *c)函数，而后在这个函数内部调用ngx_http_init_request函数初始化请求结构体ngx_http_request_t以及调用ngx_http_process_request_line函数；
3. ngx_http_process_request_line函数内部先是调用ngx_http_read_request_header函数将请求行读取到缓存中，而后调用ngx_http_parse_request_line函数解析出请求行信息，最后调用ngx_http_process_request_header处理请求头；
4. 在函数 ngx_http_process_request_header 内部先是调用函数ngx_http_read_request_header 读取请求头，而后调用 ngx_http_parse_header_line 函数解析出请求头，接着调用 ngx_http_process_request_header 函数对请求头进行必要的验证，最后调用ngx_http_process_request 函数处理请求；
5. 在ngx_http_process_request 函数内部调用 ngx_http_handler(ngx_http_request_t _r) 函数，而在ngx_http_handler(ngx_http_request_t_ r) 函数内部调用 函数ngx_http_core_run_phases进行多阶段处理；
6. 咱们来看下多阶段处理函数ngx_http_core_run_phases  

   

7. http 多阶段处理，每一个阶段可能对应一个 handler，也可能对应多个 handler，而每一个阶段对应同一个checker。

所以上述while循环中，迭代全部http模块handler，而后在handler函数中根据请求结构体ngx_http_request_t作出相应的处理；

上述gdb调试结果，能够看出NGX_HTTP_CONTENT_PHASE 阶段的 checker函数为 ngx_http_core_content_phase，而后再在这个 checker 函数内部执行foo 模块的 handler（ngx_http_foo_handler）。

等到多阶段处理结束以后，最后再将 response 返回给客户端。

4. 总结

这篇文章主要就是宏观分析下nginx总体运行流程，由于第一次看nginx时，有不少看不懂的地方，因此这篇文章也算是作笔记吧。后续还需认真看多阶段处理，由于第三方开发模块也是注册在多阶段过程，以及熟悉ngx+lua模块开发。

本文连接： http://luodw.cc/2017/03/17/ng...