Nginx的事件驱动模型_ngxin 事件驱动模型

1.网络收发与Nginx事件间的对应关系

主机A是我们家里的一台笔记本电脑，主机B是部署着Nginx的服务器，从主机A发送一个http的get请求
到主机B，在这样的过程中究竟经历了什么网络事件呢？
 
在数据流中，
1.主机A的应用层:发送一个http请求；
2.主机A的传输层：做一件事，浏览器打开一个端口，会将端口记下，并把Nginx打卡的端口比如说8080也记录到传输层；
3.主机A的网络层：记录我们主机A所在的IP和目标Nginx主机B的公网IP；
4.主机A的链路层：经过以太网到达我们家的路由器；
5.以太网->链路层->网络层->广域网->以太网：我们家的路由器会记录我们所在运营商的一些下一段的IP，经过广域网以后最终跳转到主机B所在的机器中；
6.主机B的链路层；
7.主机B的网络层；
8.主机B的传输层(此时操作系统知道是给打开了8080端口的进程，即主机B上的Nginx服务)；
9.主机B的http状态处理机中就会处理这个请求.
 
TCP流与报文：
数据链路层：添加源mac和目的mac地址；
网络层：    添加浏览器的公网IP和Nginx的公网IP；
TCP层：     指定了Nginx打开的端口和浏览器打开的端口；
应用层:     HTTP协议
 
经过这么多层的组装，组成了一个完整的可以在网络世界里遨游并寻找到目标进程的报文，
一个HTTP协议可以切割成很多小的报文：
网络层会切掉MTU（以太网的MTU是1500字节）；
TCP层会考虑中间每个环节中的最大的一个MTU值，这时往往我们每个报文只有几百字节，这个报文大小称作
MSS，每收到一个MSS（小于MTU值）时，就是一个网络事件.    

 

 

2.TCP协议与非阻塞接口

请求建立TCP连接事件(发送一个TCP报文，是一个读事件，对于Nginx来说读到了一个报文，Accept建立连接)
TCP连接可读事件（发送了一个消息，对Nginx来说也是读事件，Read读事件）
TCP连接关闭事件（关闭连接的一个事件，对Nginx来说也是读事件）
TCP连接可写事件（对Nginx来说也是写事件）
异步读AIO磁盘成功事件（对Nginx来说也是读事件）
 
 
 
请求建立TCP连接事件---Nginx是连接建立事件消费者
TCP连接可读事件    ---Nginx是读事件消费者
TCP连接关闭事件    ---Nginx是连接关闭事件消费者
TCP连接可写事件    ---Nginx是写事件消费者
异步读磁盘成功事件  ---Nginx是异步读磁盘事件消费者
以上事件触发定时器到期事件.
 
所以对于TCP协议来说，Nginx会有以上6种小类事件.
 

 

3.Nginx事件循环

    当Nginx刚启动时，此时Nginx处于等待新的事件进来的状态(wait for evensts on connections)，
比如说等待新的客户端连上我们的Nginx，向我们的Nginx发起连接请求，这个状态对应着epoll中的
epoll_wait的一个方法，此时Nginx处于sleep的一个进程状态，当操作系统收到了一个建立tcp连接的
握手报文并且处理完握手流程以后，操作系统就会通知epoll_wait方法告诉它可以往下运行了，同时唤醒
nginx的worker进程，往下走了之后就去找操作系统kernel中要事件，操作系统会把准备好的时间放在事件
队列中，从事件队列中可以获取到一个一个要处理的时间（如建立连接或者tcp的请求报文），将其从请求
队列中取出，取出之后，就会处理这样一个事件.
    
    右图是处理事件的一个循环，发现队列中不为空，就将事件取出开始处理事件，在处理事件的过程中可能生成新的事件，比如说发现新的连接，
可能需要添加一个超时事件，比如说60秒，如果60秒之内如果浏览器不给我发送请求的话，就会把连接关掉，又比如说，当我发现我收完了完整的
http请求后，已经可以生成http响应了，http响应是需要我可以向操作系统的写缓冲区中把响应写进去，要求操作系统尽快的把这段内容发到浏
览器上，此时就期待一个写事件；也就是说我们在处理事件的过程中可能会出现新的事件，生成新的队列，等待下一次来处理.如果所有的事件都
处理完成了，我们又会回到wait for evensts on connections这里.就有这样一个流程.
 
    了解Nginx事件循环有助于我们分析一些场景，比如说使用一些第三方模块的时候，这些第三方模块可能会做
大量的CPU运算，这样的计算任务会导致处理一个事件的任务非常长，会导致后序队列中的大量事件长时间得不到
处理，从而引发恶性循环（其他事件的超时事件到了），大量CPU都消耗在这些处理上，导致其他的连接不正常的
断开，所以往往Nginx不能容忍有些第三方模块长时间地消耗大量的CPU进行计算任务.我们可以看到包括gzip等
第三方模块都不会一次使用大量的CPU，而是分段使用.

 

 

4.epoll的优劣和原理

 

 

select，poll和epoll的一个质的关键飞跃就是：
epoll能快速地从内核中得到需要操作的事件.
 
 
问题：为什么epoll的效率会比poll和select相对高？
epoll维护了双向链表，双向链表中只有活跃的请求，不做无用功.
 
什么时候双向链表的数据会增减？
当我们读取一个数据的时候，这个数据就会从链表中删除；
当操作系统接收到网卡中发送来的一个报文的时候，这个链表就会增加一个新的元素.
rdllink(ready的链表)
 
epoll是一个网络事件收集器模型.

5.Nginx的请求切换

  如图中传统的服务器中，比如说有三个处理流程，第一次不满足的时候，操作系统就通过内核切换到第二个
处理流程中，第二个不满足的时候，就通过内核切换到第三个流程中，此时轮到第一个流程运转了，再通过
内核切换到第一个流程中,一次切换大概需要5微妙，操作系统的进程调度这对于成百上千的请求来说还可以
接受，但是一旦并发量大起来，就会变得稍微难以接受.
 
  Nginx中如何处理进程间的切换呢？当蓝色部分不满的时候，直接就在用户态切换到了绿色的请求，这样就没有
了操作系统中的进程切换的成本--类似协程概念(因为网络事件不满足)，除非Nginx的worker所使用的的时间片到了，
这样才去进行内核的进程切换，一般来说时间片的长度是5毫秒-800毫秒，在Nginx的配置上往往会将workrt进程的
优先级加到最高（-19），此时操作系统给我们分配的时间片是比较多的，这样Nginx可以在用户态完成请求的切换，
使得CPU少做无用功.