Nginx源码分析 - 主流程篇 - 多进程的惊群和进程负载均衡处理
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Nginx源码分析 - 主流程篇 - 多进程的惊群和进程负载均衡处理，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含8328字，纯文字阅读大概需要12分钟。
内容图文
Linux2.6版本之前还存在对于socket的accept的惊群现象。之后的版本已经解决掉了这个问题。
惊群是指多个进程/线程在等待同一资源时，每当资源可用，所有的进程/线程都来竞争资源的现象。
Nginx采用的是多进程的模式。假设Linux系统是2.6版本以前，当有一个客户端要连到Nginx服务器上，Nginx的N个进程都会去监听socket的accept的，如果全部的N个进程都对这个客户端的socket连接进行了监听，就会造成资源的竞争甚至数据的错乱。我们要保证的是，一个链接在Nginx的一个进程上处理，包括accept和read/write事件。
Nginx解决惊群和进程负载均衡处理的要点
- Nginx的N个进程会争抢文件锁，当只有拿到文件锁的进程，才能处理accept的事件。
- 没有拿到文件锁的进程，只能处理当前连接对象的read事件
- 当单个进程总的connection连接数达到总数的7/8的时候，就不会再接收新的accpet事件。
- 如果拿到锁的进程能很快处理完accpet，而没拿到锁的一直在等待（等待时延：ngx_accept_mutex_delay），容易造成进程忙的很忙，空的很空
具体的实现
ngx_process_events_and_timers 进程事件分发器
此方法为进程实现的核心函数。主要作用：事件分发；惊群处理；简单的负载均衡。
负载均衡：
- 当事件配置初始化的时候，会设置一个全局变量：ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8 - ngx_cycle->free_connection_n;
2. 当ngx_accept_disabled为正数的时候，connection达到连接总数的7/8的时候，就不再处理新的连接accept事件，只处理当前连接的read事件
惊群处理：
- 通过ngx_trylock_accept_mutex争抢文件锁，拿到文件锁的，才可以处理accept事件。
- ngx_accept_mutex_held是拿到锁的一个标志，当拿到锁了，flags会被设置成NGX_POST_EVENTS，这个标志会在事件处理函数ngx_process_events中将所有事件（accept和read）放入对应的ngx_posted_accept_events和ngx_posted_events队列中进行延后处理。
- 当没有拿到锁，调用事件处理函数ngx_process_events的时候，可以明确都是read的事件，所以可以直接调用事件ev->handler方法回调处理。
- 拿到锁的进程，接下来会优先处理ngx_posted_accept_events队列上的accept事件，处理函数：ngx_event_process_posted
- 处理完accept事件后，就将文件锁释放
6. 接下来处理ngx_posted_events队列上的read事件，处理函数：ngx_event_process_posted
/**
* 进程事件分发器
*/
void ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle) {
ngx_uint_t flags;
ngx_msec_t timer, delta;
if (ngx_timer_resolution) {
timer = NGX_TIMER_INFINITE;
flags = 0;
} else {
timer = ngx_event_find_timer();
flags = NGX_UPDATE_TIME;
#if (NGX_WIN32)
/* handle signals from master in case of network inactivity */
if (timer == NGX_TIMER_INFINITE || timer > 500) {
timer = 500;
}
#endif
}
/**
* ngx_use_accept_mutex变量代表是否使用accept互斥体
* 默认是使用，可以通过accept_mutex off;指令关闭；
* accept mutex 的作用就是避免惊群，同时实现负载均衡
*/
if (ngx_use_accept_mutex) {
/**
* ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8 - ngx_cycle->free_connection_n;
* 当connection达到连接总数的7/8的时候，就不再处理新的连接accept事件，只处理当前连接的read事件
* 这个是比较简单的一种负载均衡方法
*/
if (ngx_accept_disabled > 0) {
ngx_accept_disabled--;
} else {
/* 获取锁失败 */
if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR) {
return;
}
/* 拿到锁 */
if (ngx_accept_mutex_held) {
/**
* 给flags增加标记NGX_POST_EVENTS，这个标记作为处理时间核心函数ngx_process_events的一个参数，这个函数中所有事件将延后处理。
* accept事件都放到ngx_posted_accept_events链表中，
* epollin|epollout普通事件都放到ngx_posted_events链表中
**/
flags |= NGX_POST_EVENTS;
} else {
/**
* 1. 获取锁失败，意味着既不能让当前worker进程频繁的试图抢锁，也不能让它经过太长事件再去抢锁
* 2. 开启了timer_resolution时间精度，需要让ngx_process_change方法在没有新事件的时候至少等待ngx_accept_mutex_delay毫秒之后再去试图抢锁
* 3. 没有开启时间精度时，如果最近一个定时器事件的超时时间距离现在超过了ngx_accept_mutex_delay毫秒，也要把timer设置为ngx_accept_mutex_delay毫秒
* 4. 不能让ngx_process_change方法在没有新事件的时候等待的时间超过ngx_accept_mutex_delay，这会影响整个负载均衡机制
* 5. 如果拿到锁的进程能很快处理完accpet，而没拿到锁的一直在等待，容易造成进程忙的很忙，空的很空
*/
if (timer == NGX_TIMER_INFINITE
|| timer > ngx_accept_mutex_delay) {
timer = ngx_accept_mutex_delay;
}
}
}
}
delta = ngx_current_msec;
/**
* 事件调度函数
* 1. 当拿到锁，flags=NGX_POST_EVENTS的时候，不会直接处理事件，
* 将accept事件放到ngx_posted_accept_events，read事件放到ngx_posted_events队列
* 2. 当没有拿到锁，则处理的全部是read事件，直接进行回调函数处理
* 参数：timer-epoll_wait超时时间 (ngx_accept_mutex_delay-延迟拿锁事件 NGX_TIMER_INFINITE-正常的epollwait等待事件)
*/
(void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);
delta = ngx_current_msec - delta;
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"timer delta: %M", delta);
/**
* 1. ngx_posted_accept_events是一个事件队列，暂存epoll从监听套接口wait到的accept事件
* 2. 这个方法是循环处理accpet事件列队上的accpet事件
*/
ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events);
/**
* 如果拿到锁，处理完accept事件后，则释放锁
*/
if (ngx_accept_mutex_held) {
ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex);
}
if (delta) {
ngx_event_expire_timers();
}
/**
*1. 普通事件都会存放在ngx_posted_events队列上
*2. 这个方法是循环处理read事件列队上的read事件
*/
ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_events);
}
ngx_trylock_accept_mutex 获取accept锁
- ngx_accept_mutex_held是拿到锁的唯一标识的全局变量。
- 当拿到锁，则调用ngx_enable_accept_events，将新的connection加入event事件上
- 如果没有拿到锁，则调用ngx_disable_accept_events。
/** * 获取accept锁 */ ngx_int_t ngx_trylock_accept_mutex(ngx_cycle_t *cycle) { /** * 拿到锁 */ if (ngx_shmtx_trylock(&ngx_accept_mutex)) { ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "accept mutex locked"); /* 多次进来，判断是否已经拿到锁 */ if (ngx_accept_mutex_held && ngx_accept_events == 0) { return NGX_OK; } /* 调用ngx_enable_accept_events，开启监听accpet事件*/ if (ngx_enable_accept_events(cycle) == NGX_ERROR) { ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex); return NGX_ERROR; } ngx_accept_events = 0; ngx_accept_mutex_held = 1; return NGX_OK; } ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "accept mutex lock failed: %ui", ngx_accept_mutex_held); /** * 没有拿到锁，但是ngx_accept_mutex_held=1 */ if (ngx_accept_mutex_held) { /* 没有拿到锁，调用ngx_disable_accept_events，将accpet事件删除 */ if (ngx_disable_accept_events(cycle, 0) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } ngx_accept_mutex_held = 0; } return NGX_OK; }ngx_enable_accept_events 和ngx_disable_accept_events
/** * 开启accept事件的监听 * 并将accept事件加入到event上 */ static ngx_int_t ngx_enable_accept_events(ngx_cycle_t *cycle) { ngx_uint_t i; ngx_listening_t *ls; ngx_connection_t *c; ls = cycle->listening.elts; for (i = 0; i < cycle->listening.nelts; i++) { c = ls[i].connection; if (c == NULL || c->read->active) { continue; } if (ngx_add_event(c->read, NGX_READ_EVENT, 0) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } } return NGX_OK; } /** * 关闭accept事件的监听 * 并将accept事件从event上删除 */ static ngx_int_t ngx_disable_accept_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_uint_t all) { ngx_uint_t i; ngx_listening_t *ls; ngx_connection_t *c; ls = cycle->listening.elts; for (i = 0; i < cycle->listening.nelts; i++) { c = ls[i].connection; /* 如果c->read->active，则表示是活跃的连接，已经被使用中 */ if (c == NULL || !c->read->active) { continue; } #if (NGX_HAVE_REUSEPORT) /* * do not disable accept on worker's own sockets * when disabling accept events due to accept mutex */ if (ls[i].reuseport && !all) { continue; } #endif /* 删除事件 */ if (ngx_del_event(c->read, NGX_READ_EVENT, NGX_DISABLE_EVENT) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } } return NGX_OK; }
ngx_event_process_posted 事件队列处理
对ngx_posted_accept_events或ngx_posted_events队列上的accept/read事件进行回调处理。
/**
* 处理事件队列
*
*/
void ngx_event_process_posted(ngx_cycle_t *cycle, ngx_queue_t *posted) {
ngx_queue_t *q;
ngx_event_t *ev;
while (!ngx_queue_empty(posted)) {
q = ngx_queue_head(posted);
ev = ngx_queue_data(q, ngx_event_t, queue);
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"posted event %p", ev);
ngx_delete_posted_event(ev);
/* 事件回调函数 */
ev->handler(ev);
}
}
ngx_process_events 事件的核心处理函数
这个方法，我们主要看epoll模型下的ngx_epoll_process_events方法（ngx_epoll_module.c）
- 如果抢到了锁，则会将accpet/read事件放到队列上延后处理。
2. 没有抢到锁的进程都是处理当前连接的read事件，所以直接进行处理。
/* 读取事件 EPOLLIN */
if ((revents & EPOLLIN) && rev->active) {
#if (NGX_HAVE_EPOLLRDHUP)
if (revents & EPOLLRDHUP) {
rev->pending_eof = 1;
}
rev->available = 1;
#endif
rev->ready = 1;
/* 如果进程抢到锁，则放入事件队列 */
if (flags & NGX_POST_EVENTS) {
queue = rev->accept ? &ngx_posted_accept_events
: &ngx_posted_events;
ngx_post_event(rev, queue);
} else {
/* 没有抢到锁，则直接处理read事件*/
rev->handler(rev);
}
}
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内容总结
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