nginx技术底层

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

---

前言

nginx采用异步，事件驱动，非阻塞I/O模型，旨在应对高并发连接请求，保证低延迟和高吞吐量，设计理念包括：
异步事件驱动：通过事件通知机制（epoll/kqueue)处理大量并发连接，无需为每个连接分配一个线程或进程，降低资源占用
模块化架构：各个功能如（http, 反向代理，负载均衡，缓存）都以模块形式实现
高效内存管理：采用内存池（memory pool)技术减少频繁的内存分配的性能开销
零拷贝技术：利用sendfile等系统调用，避免数据拷贝，实现高效数据传输

一、进程模型

nginx有一个主进程和多个工作进程

1. 主进程负责读取解析配置文件，管理工作进程及信号处理，不直接处理网络请求，只负责控制和管理服务
2. 工作进程负责网络IO和处理客户端请求，每个工作进程采用单线程事件驱动模型，通过异步IO多路复用同时处理多个并发请求，多个工作进程互相独立，避免单点故障
3. 该模型充分利用多核CPU，也能降低上下文切换和进程通信的开销

二、事件驱动与异步IO

事件通知机制

多路复用

nginx使用epoll， 运行一个进程或线程同时监听大量的文件描述符上的事件，事件发生后，通过回调函数通知应用程序进行处理

非阻塞IO

1. socket采用非阻塞模式，读写操作不会因数据未就绪而挂起，而是立即返回
2. 数据就绪后，通过事件通知机制触发回调，完成后续处理
3. 避免因阻塞等待IO占用CPU事件，提高并发能力

事件处理循环

4. 每个工作进程进入一个事件循环，使用epoll_wait等系统调用等待事件
5. 连接有事件发生时，事件循环会调用对应的处理函数

四、内存管理

内存池机制

nginx为请求和模块创建内存池，通过预先分配内存满足短期内存分配需求
内存池避免频繁调用系统内存分配函数（malloc/free)的开销，并减少内存碎片，提供分配速度

对象复用

设计了多种对象 连接请求缓冲区等的缓存机制，通过对象复用降低内存分配和释放频率

五、零拷贝技术

nginx采用sendfile函数，直接在内核空间将文件数据发送到网络连接，避免了用户态和内核态的数据拷贝

六、模块化设计

所有功能都以模块方式实现

1. 核心功能与扩展功能解耦，模块之间通过预定义的接口通信
2. 模块可以动态加载，方便定制化需求和二开
3. 能按需启用功能，降低不必要的资源占用

七、与操作系统交互

系统调用

1. socket 、bind listen accept: 用于建立网络连接
2. epoll_create epoll_ctl epoll_wait：用于实现IO多路复用，监听大量socket事件
3. sendfile：通过零拷贝技术在内核空间将文件内容发送到网络连接

信号处理

1. 主进程利用信号（SIGHUP、SIGTERM）来实现配置重新加载，平滑升级，工作进程管理等
2. 信号处理机制要求尽量在异步安全的上下文中完成工作，通常将信号转发到工作进程或通过自定义事件通知实现

内存映射

可能利用mmap映射文件到内存加速文件读取