Nginx 事件模块
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2022-05-06 21:17:11
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概述
Nginx 是以事件的触发来驱动的，事件驱动模型主要包括事件收集、事件发送、事件处理（即事件管理）三部分。在Nginx 的工作进程中主要关注的事件是 IO 网络事件 和 定时器事件。在生成的 objs 目录文件中，其中ngx_modules.c 文件的内容是 Nginx 各种模块的执行顺序，我们可以从该文件的内容中看到事件模块的执行顺序为以下所示：注意：由于是在 Linux 系统下，所以支持具体的 epoll 事件模块，接下来的文章结构按照以下顺序来写。
extern ngx_module_t ngx_events_module; extern ngx_module_t ngx_event_core_module; extern ngx_module_t ngx_epoll_module;
事件模块接口
ngx_event_module_t 结构体
在 Nginx 中，结构体 ngx_module_t 是 Nginx 模块最基本的接口。对于每一种不同类型的模块，都有一个具体的结构体来描述这一类模块的通用接口，该接口由ngx_module_t 中的成员 ctx 管理。在 Nginx 中定义了事件模块的通用接口ngx_event_module_t 结构体，该结构体定义在文件src/event/ngx_event.h 中：
/* 事件驱动模型通用接口ngx_event_module_t结构体 */
typedef struct {
/* 事件模块名称 */
ngx_str_t *name;
/* 解析配置项前调用，创建存储配置项参数的结构体 */
void *(*create_conf)(ngx_cycle_t *cycle);
/* 完成配置项解析后调用，处理当前事件模块感兴趣的全部配置 */
char *(*init_conf)(ngx_cycle_t *cycle, void *conf);
/* 每个事件模块具体实现的方法，有10个方法，即IO多路复用模型的统一接口 */
ngx_event_actions_t actions;
} ngx_event_module_t;
在 ngx_event_module_t 结构体中actions 的类型是 ngx_event_actions_t 结构体，该成员结构实现了事件驱动模块的具体方法。该结构体定义在文件 src/event/ngx_event.h 中：
/* IO多路复用模型的统一接口 */
typedef struct {
/* 添加事件，将某个描述符的某个事件添加到事件驱动机制监控描述符集中 */
ngx_int_t (*add)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
/* 删除事件，将某个描述符的某个事件从事件驱动机制监控描述符集中删除 */
ngx_int_t (*del)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
/* 启动对某个指定事件的监控 */
ngx_int_t (*enable)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
/* 禁用对某个指定事件的监控 */
ngx_int_t (*disable)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
/* 将指定连接所关联的描述符添加到事件驱动机制监控中 */
ngx_int_t (*add_conn)(ngx_connection_t *c);
/* 将指定连接所关联的描述符从事件驱动机制监控中删除 */
ngx_int_t (*del_conn)(ngx_connection_t *c, ngx_uint_t flags);
/* 监控事件是否发生变化，仅用在多线程环境中 */
ngx_int_t (*process_changes)(ngx_cycle_t *cycle, ngx_uint_t nowait);
/* 等待事件的发生，并对事件进行处理 */
ngx_int_t (*process_events)(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer,
ngx_uint_t flags);
/* 初始化事件驱动模块 */
ngx_int_t (*init)(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer);
/* 在退出事件驱动模块前调用该函数回收资源 */
void (*done)(ngx_cycle_t *cycle);
} ngx_event_actions_t;
ngx_event_t 结构体
在 Nginx 中，每一个具体事件的定义由结构体ngx_event_t 来表示，该结构体 ngx_event_t 用来保存具体事件。该结构体定义在文件 src/event/ngx_event.h 中：
/* 描述每一个事件的ngx_event_t结构体 */
struct ngx_event_s {
/* 事件相关对象的数据，通常指向ngx_connect_t连接对象 */
void *data;
/* 标志位，为1表示事件可写，即当前对应的TCP连接状态可写 */
unsigned write:1;
/* 标志位，为1表示事件可以建立新连接 */
unsigned accept:1;
/* used to detect the stale events in kqueue, rtsig, and epoll */
unsigned instance:1;
/*
* the event was passed or would be passed to a kernel;
* in aio mode - operation was posted.
*/
/* 标志位，为1表示事件处于活跃状态 */
unsigned active:1;
/* 标志位，为1表示禁用事件 */
unsigned disabled:1;
/* the ready event; in aio mode 0 means that no operation can be posted */
/* 标志位，为1表示当前事件已经准备就绪 */
unsigned ready:1;
/* 该标志位只用于kqueue,eventport模块，对Linux上的驱动模块没有任何意义 */
unsigned oneshot:1;
/* aio operation is complete */
/* 该标志位用于异步AIO事件处理 */
unsigned complete:1;
/* 标志位，为1表示当前处理的字符流已经结束 */
unsigned eof:1;
/* 标志位，为1表示当前事件处理过程中出错 */
unsigned error:1;
/* 标志位，为1表示当前事件已超时 */
unsigned timedout:1;
/* 标志位，为1表示当前事件存在于定时器中 */
unsigned timer_set:1;
/* 标志位，为1表示当前事件需要延迟处理 */
unsigned delayed:1;
/*
* 标志位，为1表示TCP建立需要延迟，即完成建立TCP连接的三次握手后，
* 不会立即建立TCP连接，直到接收到数据包才建立TCP连接；
*/
unsigned deferred_accept:1;
/* the pending eof reported by kqueue, epoll or in aio chain operation */
/* 标志位，为1表示等待字符流结束 */
unsigned pending_eof:1;
/* 标志位，为1表示处理post事件 */
unsigned posted:1;
#if (NGX_WIN32)
/* setsockopt(SO_UPDATE_ACCEPT_CONTEXT) was successful */
unsigned accept_context_updated:1;
#endif
#if (NGX_HAVE_KQUEUE)
unsigned kq_vnode:1;
/* the pending errno reported by kqueue */
int kq_errno;
#endif
/*
* kqueue only:
* accept: number of sockets that wait to be accepted
* read: bytes to read when event is ready
* or lowat when event is set with NGX_LOWAT_EVENT flag
* write: available space in buffer when event is ready
* or lowat when event is set with NGX_LOWAT_EVENT flag
*
* iocp: TODO
*
* otherwise:
* accept: 1 if accept many, 0 otherwise
*/
#if (NGX_HAVE_KQUEUE) || (NGX_HAVE_IOCP)
int available;
#else
/* 标志位，在epoll事件机制中表示一次尽可能多地建立TCP连接 */
unsigned available:1;
#endif
/* 当前事件发生时的处理方法 */
ngx_event_handler_pt handler;
#if (NGX_HAVE_AIO)
#if (NGX_HAVE_IOCP)
ngx_event_ovlp_t ovlp;
#else
/* Linux系统aio机制中定义的结构体 */
struct aiocb aiocb;
#endif
#endif
/* epoll机制不使用该变量 */
ngx_uint_t index;
/* 日志记录 */
ngx_log_t *log;
/* 定时器 */
ngx_rbtree_node_t timer;
/* the posted queue */
ngx_queue_t queue;
/* 标志位，为1表示当前事件已经关闭 */
unsigned closed:1;
/* to test on worker exit */
unsigned channel:1;
unsigned resolver:1;
unsigned cancelable:1;
#if 0
/* the threads support */
/*
* the event thread context, we store it here
* if $(CC) does not understand __thread declaration
* and pthread_getspecific() is too costly
*/
void *thr_ctx;
#if (NGX_EVENT_T_PADDING)
/* event should not cross cache line in SMP */
uint32_t padding[NGX_EVENT_T_PADDING];
#endif
#endif
};
在每个事件结构体 ngx_event_t 最重要的成员是handler 回调函数，该回调函数定义了当事件发生时的处理方法。该回调方法原型在文件src/core/ngx_core.h 中：
typedef void (*ngx_event_handler_pt)(ngx_event_t *ev);
ngx_connection_t 结构体
当客户端向 Nginx 服务器发起连接请求时，此时若Nginx 服务器被动接收该连接，则相对 Nginx 服务器来说称为被动连接，被动连接的表示由基本数据结构体 ngx_connection_t 完成。该结构体定义在文件 src/core/ngx_connection.h 中：
/* TCP连接结构体 */
struct ngx_connection_s {
/*
* 当Nginx服务器产生新的socket时，
* 都会创建一个ngx_connection_s 结构体，
* 该结构体用于保存socket的属性和数据；
*/
/*
* 当连接未被使用时，data充当连接池中空闲连接表中的next指针；
* 当连接被使用时，data的意义由具体Nginx模块决定；
*/
void *data;
/* 设置该链接的读事件 */
ngx_event_t *read;
/* 设置该连接的写事件 */
ngx_event_t *write;
/* 用于设置socket的套接字描述符 */
ngx_socket_t fd;
/* 接收网络字符流的方法，是一个函数指针，指向接收函数 */
ngx_recv_pt recv;
/* 发送网络字符流的方法，是一个函数指针，指向发送函数 */
ngx_send_pt send;
/* 以ngx_chain_t链表方式接收网络字符流的方法 */
ngx_recv_chain_pt recv_chain;
/* 以ngx_chain_t链表方式发送网络字符流的方法 */
ngx_send_chain_pt send_chain;
/*
* 当前连接对应的ngx_listening_t监听对象，
* 当前连接由ngx_listening_t成员的listening监听端口的事件建立；
* 成员connection指向当前连接；
*/
ngx_listening_t *listening;
/* 当前连接已发生的字节数 */
off_t sent;
/* 记录日志 */
ngx_log_t *log;
/* 内存池 */
ngx_pool_t *pool;
/* 对端的socket地址sockaddr属性*/
struct sockaddr *sockaddr;
socklen_t socklen;
/* 字符串形式的IP地址 */
ngx_str_t addr_text;
ngx_str_t proxy_protocol_addr;
#if (NGX_SSL)
ngx_ssl_connection_t *ssl;
#endif
/* 本端的监听端口对应的socket的地址sockaddr属性 */
struct sockaddr *local_sockaddr;
socklen_t local_socklen;
/* 用于接收、缓存对端发来的字符流 */
ngx_buf_t *buffer;
/*
* 表示将当前连接作为双向连接中节点元素，
* 添加到ngx_cycle_t结构体的成员
* reuseable_connections_queue的双向链表中；
*/
ngx_queue_t queue;
/* 连接使用次数 */
ngx_atomic_uint_t number;
/* 处理请求的次数 */
ngx_uint_t requests;
unsigned buffered:8;
unsigned log_error:3; /* ngx_connection_log_error_e */
/* 标志位，为1表示不期待字符流结束 */
unsigned unexpected_eof:1;
/* 标志位，为1表示当前连接已经超时 */
unsigned timedout:1;
/* 标志位，为1表示处理连接过程出错 */
unsigned error:1;
/* 标志位，为1表示当前TCP连接已经销毁 */
unsigned destroyed:1;
/* 标志位，为1表示当前连接处于空闲状态 */
unsigned idle:1;
/* 标志位，为1表示当前连接可重用 */
unsigned reusable:1;
/* 标志为，为1表示当前连接已经关闭 */
unsigned close:1;
/* 标志位，为1表示正在将文件的数据发往对端 */
unsigned sendfile:1;
/*
* 标志位，若为1，则表示只有连接对应的发送缓冲区满足最低设置的阈值时，
* 事件驱动模块才会分发事件；
*/
unsigned sndlowat:1;
unsigned tcp_nodelay:2; /* ngx_connection_tcp_nodelay_e */
unsigned tcp_nopush:2; /* ngx_connection_tcp_nopush_e */
unsigned need_last_buf:1;
#if (NGX_HAVE_IOCP)
unsigned accept_context_updated:1;
#endif
#if (NGX_HAVE_AIO_SENDFILE)
/* 标志位，为1表示使用异步IO方式将磁盘文件发送给网络连接的对端 */
unsigned aio_sendfile:1;
unsigned busy_count:2;
/* 使用异步IO发送文件时，用于待发送的文件信息 */
ngx_buf_t *busy_sendfile;
#endif
#if (NGX_THREADS)
ngx_atomic_t lock;
#endif
};
在处理请求的过程中，若 Nginx 服务器主动向上游服务器建立连接，完成连接建立并与之进行通信，这种相对Nginx 服务器来说是一种主动连接，主动连接由结构体 ngx_peer_connection_t 表示，但是该结构体 ngx_peer_connection_t 也是 ngx_connection_t 结构体的封装。该结构体定义在文件src/event/ngx_event_connect.h 中：
/* 主动连接的结构体 */
struct ngx_peer_connection_s {
/* 这里是对ngx_connection_t连接结构体的引用 */
ngx_connection_t *connection;
/* 远端服务器的socket的地址sockaddr信息 */
struct sockaddr *sockaddr;
socklen_t socklen;
/* 远端服务器的名称 */
ngx_str_t *name;
/* 连接重试的次数 */
ngx_uint_t tries;
/* 获取连接的方法 */
ngx_event_get_peer_pt get;
/* 释放连接的方法 */
ngx_event_free_peer_pt free;
/* 配合get、free使用 */
void *data;
#if (NGX_SSL)
ngx_event_set_peer_session_pt set_session;
ngx_event_save_peer_session_pt save_session;
#endif
#if (NGX_THREADS)
ngx_atomic_t *lock;
#endif
/* 本地地址信息 */
ngx_addr_t *local;
/* 接收缓冲区 */
int rcvbuf;
/* 记录日志 */
ngx_log_t *log;
/* 标志位，为1表示connection连接已经缓存 */
unsigned cached:1;
/* ngx_connection_log_error_e */
unsigned log_error:2;
};
ngx_events_module 核心模块
ngx_events_module 核心模块的定义
ngx_events_module 模块是事件的核心模块，该模块的功能是：定义新的事件类型，并为每个事件模块定义通用接口ngx_event_module_t 结构体，管理事件模块生成的配置项结构体，并解析事件类配置项。首先，看下该模块在文件src/event/ngx_event.c 中的定义：
/* 定义事件核心模块 */
ngx_module_t ngx_events_module = {
NGX_MODULE_V1,
&ngx_events_module_ctx, /* module context */
ngx_events_commands, /* module directives */
NGX_CORE_MODULE, /* module type */
NULL, /* init master */
NULL, /* init module */
NULL, /* init process */
NULL, /* init thread */
NULL, /* exit thread */
NULL, /* exit process */
NULL, /* exit master */
NGX_MODULE_V1_PADDING
};
其中，模块的配置项指令结构 ngx_events_commands 决定了该模块的功能。配置项指令结构ngx_events_commands 在文件 src/event/ngx_event.c 中定义如下：
/* 配置项结构体数组 */
static ngx_command_t ngx_events_commands[] = {
{ ngx_string("events"),
NGX_MAIN_CONF|NGX_CONF_BLOCK|NGX_CONF_NOARGS,
ngx_events_block,
0,
0,
NULL },
ngx_null_command
};
从配置项结构体中可以知道，该模块只对 events{...} 配置块感兴趣，并定义了管理事件模块的方法ngx_events_block；ngx_events_block 方法在文件src/event/ngx_event.c 中定义：
/* 管理事件模块 */
static char *
ngx_events_block(ngx_conf_t *cf, ngx_command_t *cmd, void *conf)
{
char *rv;
void ***ctx;
ngx_uint_t i;
ngx_conf_t pcf;
ngx_event_module_t *m;
if (*(void **) conf) {
return "is duplicate";
}
/* count the number of the event modules and set up their indices */
/* 计算模块类中模块的总数，并初始化模块在模块类中的序号 */
ngx_event_max_module = 0;
for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
if (ngx_modules[i]->type != NGX_EVENT_MODULE) {
continue;
}
ngx_modules[i]->ctx_index = ngx_event_max_module++;
}
ctx = ngx_pcalloc(cf->pool, sizeof(void *));
if (ctx == NULL) {
return NGX_CONF_ERROR;
}
/* 分配指针数组，用于存储所有事件模块生成的配置项结构体指针 */
*ctx = ngx_pcalloc(cf->pool, ngx_event_max_module * sizeof(void *));
if (*ctx == NULL) {
return NGX_CONF_ERROR;
}
*(void **) conf = ctx;
/* 若是事件模块，并且定义了create_conf方法，则调用该方法创建存储配置项参数的结构体 */
for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
if (ngx_modules[i]->type != NGX_EVENT_MODULE) {
continue;
}
m = ngx_modules[i]->ctx;
if (m->create_conf) {
(*ctx)[ngx_modules[i]->ctx_index] = m->create_conf(cf->cycle);
if ((*ctx)[ngx_modules[i]->ctx_index] == NULL) {
return NGX_CONF_ERROR;
}
}
}
/* 初始化配置项结构体cf */
pcf = *cf;
cf->ctx = ctx;/* 描述事件模块的配置项结构 */
cf->module_type = NGX_EVENT_MODULE;/* 当前解析指令的模块类型 */
cf->cmd_type = NGX_EVENT_CONF;/* 当前解析指令的指令类型 */
/* 为所有事件模块解析配置文件nginx.conf中的event{}块中的指令 */
rv = ngx_conf_parse(cf, NULL);
*cf = pcf;
if (rv != NGX_CONF_OK)
return rv;
/* 遍历所有事件模块，若定义了init_conf方法，则调用该方法用于处理事件模块感兴趣的配置项 */
for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
if (ngx_modules[i]->type != NGX_EVENT_MODULE) {
continue;
}
m = ngx_modules[i]->ctx;
if (m->init_conf) {
rv = m->init_conf(cf->cycle, (*ctx)[ngx_modules[i]->ctx_index]);
if (rv != NGX_CONF_OK) {
return rv;
}
}
}
return NGX_CONF_OK;
}
另外，在 ngx_events_module 模块的定义中有一个成员ctx 指向了核心模块的通用接口结构。核心模块的通用接口结构体定义在文件src/core/ngx_conf_file.h 中：
/* 核心模块的通用接口结构体 */
typedef struct {
/* 模块名称 */
ngx_str_t name;
/* 解析配置项前，调用该方法 */
void *(*create_conf)(ngx_cycle_t *cycle);
/* 完成配置项解析后，调用该函数 */
char *(*init_conf)(ngx_cycle_t *cycle, void *conf);
} ngx_core_module_t;
因此，ngx_events_module 作为核心模块，必须定义核心模块的通用接口结构。ngx_events_module 模块的核心模块通用接口在文件src/event/ngx_event.c 中定义：
/* 实现核心模块通用接口 */
static ngx_core_module_t ngx_events_module_ctx = {
ngx_string("events"),
NULL,
/*
* 以前的版本这里是NULL，现在实现了一个获取events配置项的函数，*
* 但是没有什么作用，因为每个事件模块都会去获取events配置项，
* 并进行解析与处理；
*/
ngx_event_init_conf
};
所有事件模块的配置项管理
Nginx 服务器在结构体 ngx_cycle_t 中定义了一个四级指针成员 conf_ctx，整个Nginx 模块都是使用该四级指针成员管理模块的配置项结构，以下events 模块为例对该四级指针成员进行简单的分析，如下图所示：
每个事件模块可以通过宏定义 ngx_event_get_conf 获取它在create_conf 中分配的结构体的指针；该宏中定义如下：
#define ngx_event_get_conf(conf_ctx, module) \ (*(ngx_get_conf(conf_ctx, ngx_events_module))) [module.ctx_index]; /* 其中 ngx_get_conf 定义如下 */ #define ngx_get_conf(conf_ctx, module) conf_ctx[module.index]
从上面的宏定义可以知道，每个事件模块获取自己在 create_conf 中分配的结构体的指针，只需在ngx_event_get_conf 传入参数 ngx_cycle_t 中的 conf_ctx 成员，并且传入自己模块的名称即可获取自己分配的结构体指针。
ngx_event_core_module 事件模块
ngx_event_core_module 模块是一个事件类型的模块，它在所有事件模块中的顺序是第一，是其它事件类模块的基础。它主要完成以下任务：
- 创建连接池；
- 决定使用哪些事件驱动机制；
- 初始化将要使用的事件模块；
ngx_event_conf_t 结构体
ngx_event_conf_t 结构体是用来保存ngx_event_core_module 事件模块配置项参数的。该结构体在文件src/event/ngx_event.h 中定义：
/* 存储ngx_event_core_module事件模块配置项参数的结构体 ngx_event_conf_t */
typedef struct {
/* 连接池中最大连接数 */
ngx_uint_t connections;
/* 被选用模块在所有事件模块中的序号 */
ngx_uint_t use;
/* 标志位，为1表示可批量建立连接 */
ngx_flag_t multi_accept;
/* 标志位，为1表示打开负载均衡锁 */
ngx_flag_t accept_mutex;
/* 延迟建立连接 */
ngx_msec_t accept_mutex_delay;
/* 被使用事件模块的名称 */
u_char *name;
#if (NGX_DEBUG)
/* 用于保存与输出调试级别日志连接对应客户端的地址信息 */
ngx_array_t debug_connection;
#endif
} ngx_event_conf_t;
ngx_event_core_module 事件模块的定义
该模块在文件 src/event/ngx_event.c 中定义：
/* 事件模块的定义 */
ngx_module_t ngx_event_core_module = {
NGX_MODULE_V1,
&ngx_event_core_module_ctx, /* module context */
ngx_event_core_commands, /* module directives */
NGX_EVENT_MODULE, /* module type */
NULL, /* init master */
ngx_event_module_init, /* init module */
ngx_event_process_init, /* init process */
NULL, /* init thread */
NULL, /* exit thread */
NULL, /* exit process */
NULL, /* exit master */
NGX_MODULE_V1_PADDING
};
其中，模块的配置项指令结构
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