Nginx----事件處理機制及進程模型

Nginx的事件處理機制：
對於一個基本的web伺服器來說，事件通常有三種類型，網路事件、訊號、定時器。 
首先看一個請求的基本流程：建立連線---接收資料---傳送資料 。
再次看系統底層的操作 ：上述過程（建立連線---接收資料---傳送資料）在系統底層就是讀寫事件。

1）如果採用阻塞調用的方式，當讀寫事件沒有準備好時，必然不能夠進行讀寫事件，那麼久只好等待，等事件準備好了，才能進行讀寫事件。那麼請求就會被耽擱 。阻塞呼叫會進入核心等待，cpu就會讓出去給別人用了，對單線程的worker來說，顯然不合適，當網路事件越多時，大家都在等待呢，cpu空閒下來沒人用，cpu利用率自然上不去了，更別談高並發了。

2）既然沒有準備好阻塞呼叫不行，那就採用非阻塞方式。非阻塞就是，事件，馬上回到EAGAIN，告訴你，事件還沒準備好呢，你慌什麼，過會再來吧。好吧，你過一會，再來檢查一下事件，直到事件準備好了為止，在這期間，你就可以先去做其它事情，然後再來看看事件好了沒。雖然不阻塞了，但你得不時地過來檢查一下事件的狀態，你可以做更多的事情了，但帶來的開銷也是不小的 

小結：非阻塞通過不斷檢查事件的狀態來判斷是否進行讀寫操作，這樣帶來的開銷很大。 

3）因此才有了非同步非阻塞的事件處理機制。具體到系統呼叫就是像select/poll/epoll/kqueue這樣的系統呼叫。他們提供了一種機制，讓你可以同時監控多個事件，調用他們是阻塞的，但可以設定超時時間，在超時時間之內，如果有事件準備好了，就返回。這個機制解決了我們上面兩個問題。 

以epoll為例：當事件還沒準備好時，就放入epoll(隊列)裡面。如果有事件準備好了，那麼就去處理；如果事件回傳的是EAGAIN，那麼繼續將其放入epoll裡面。從而，只要有事件準備好了，我們就去處理她，只有當所有時間都沒有準備好時，才在epoll裡面等著。這樣，我們就可以並發處理大量的並發了，當然，這裡的並發請求，是指未處理完的請求，線程只有一個，所以同時能處理的請求當然只有一個了，只是在請求間進行不斷地切換而已，切換也是因為非同步事件未準備好，而主動讓出的。這裡的切換是沒有任何代價，你可以理解為循環處理多個準備好的事件，事實上就是這樣的。 

4）與多線程的比較：
與多線程相比，這種事件處理方式是有很大的優勢的，不需要創建線程，每個請求佔用的內存也很少，沒有上下文切換，事件處理非常的輕量級。並發數再多也不會導致無謂的資源浪費（上下文切換）。
小結：透過非同步非阻塞的事件處理機制，Nginx實現由進程循環處理多個準備好的事件，從而實現高並發和輕量級。 
Nginx特點：
1. 跨平台：Nginx 可以在大多數 Unix like OS編譯運行，而且也有Windows的移植版本。
2. 配置異常簡單，非常容易上手。配置風格跟程式開發一樣，神一般的配置
3. 非阻塞、高並發連接：資料複製時，磁碟I/O的第一階段是非阻塞的。官方測試能夠支撐5萬並發連接，在實際生產環境中跑到2～3萬並發連接數.(這得益於Nginx使用了最新的epoll模型)
4.事件驅動：通信機制採用epoll模型，支持更大的並發連接。
 
5. nginx代理和後端web伺服器間無需長連接；
6. 接收用戶請求是異步的，即先將用戶請求全部接收下來，再一次性發送後後端web伺服器，極大的減輕後端web伺服器的壓力
7. 發送回應訊息時，是邊接收來自後端web伺服器的數據，邊發送給客戶端的
8. 網路依賴型低。 NGINX對網路的依賴程度非常低，理論上講，只要能夠ping通就可以實施負載平衡，而且可以有效區分內網和外網流量
9. 支援伺服器偵測。 NGINX能夠根據應用程式伺服器處理頁面傳回的狀態碼、超時資訊等偵測伺服器是否發生故障，並及時傳回錯誤的請求重新提交到其它節點上

master/worker結構：一個master進程，產生一個或多個worker進程
記憶體消耗小：處理大並發的請求記憶體消耗非常小。在3萬並發連線下，開啟的10個Nginx 進程才消耗150M記憶體（15M*10=150M） 成本低廉：Nginx為開源軟體，可以免費使用。而購買F5 BIG-IP、NetScaler等硬體負載平衡交換器則需要十多萬至幾十萬人民幣
內建的健康檢查功能：如果 Nginx Proxy 後端的某台 Web 伺服器宕機了，不會影響前端存取。
節省頻寬：支援 GZIP 壓縮，可以新增瀏覽器本地快取的 Header 頭。
穩定性高：用於反向代理，宕機的機率微乎其微
nginx是以多進程的方式來工作的，當然nginx也是支持多線程的方式的,只是我們主流的方式還是多進程的方式，也是nginx的預設方式。 nginx採用多進程的方式有諸多好處 .
(1) nginx在啟動後，會有一個master進程和多個worker進程。 master進程主要用來管理worker進程，包含：接收來自外界的訊號，向各worker進程發送訊號，監控worker進程的運作狀態,當worker進程退出後(異常情況下)，會自動重新啟動新的worker進程。而基本的網路事件，則是放在worker進程中來處理了 。多個worker進程之間是對等的，他們同等競爭來自客戶端的請求，各進程相互之間是獨立的 。一個請求，只可能在一個worker進程中處理，一個worker進程，不可能處理其它進程的請求。 worker進程的數量是可以設定的，一般我們會設定與機器cpu核數一致，這裡面的原因與nginx的進程模型以及事件處理模型是分不開的 。
(2)Master接收到信號以後怎樣進行處理（./nginx -s reload ）?
首先master進程在接到信號後，會先重新加載配置文件，然後再啟動新的進程，並向所有老的進程發送訊號，告訴他們可以光榮退休了。新的進程在啟動後，就開始接收新的請求，而老的進程在收到來自master的信號後，就不再接收新的請求，並且在當前進程中的所有未處理完的請求處理完成後，再退出.
(3) worker進程又是如何處理請求的呢？
我們前面有提到，worker進程之間是平等的，每個進程，處理請求的機會也是一樣的。當我們提供80埠的http服務時，一個連接請求過來，每個行程都有可能處理這個連接，怎麼做到的呢？首先，每個worker進程都是從master進程fork過來，在master進程裡面，先建立好需要listen的socket之後，然後再fork出多個worker進程，這樣每個worker進程都可以去accept這個socket(當然不是同一個socket，只是每個行程的這個socket會監控在同一個ip位址與端口，這個在網路協定裡面是允許的)。一般來說，當一個連接進來後，所有在accept在這個socket上面的進程，都會收到通知，而只有一個進程可以accept這個連接，其它的則accept失敗，這是所謂的驚群現象。當然，nginx也不會視而不見，所以nginx提供了一個accept_mutex這個東西，從名字上，我們可以看這是一個加在accept上的一把共享鎖。有了這把鎖之後，同一時刻，就只會有一個進程在accpet連接，這樣就不會有驚群問題了。 accept_mutex是一個可控選項，我們可以顯示地關掉，預設是打開的。當一個worker進程在accept這個連接之後，就開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生資料後，再返回給客戶端，最後才斷開連接，這樣一個完整的請求就是這樣的了。我們可以看到，一個請求，完全由worker進程來處理，而且只在一個worker進程中處理。 
(4) nginx採用這種進程模型有什麼好處呢？
採用獨立的進程，可以讓彼此之間不會影響，一個進程退出後，其它進程還在工作，服務不會中斷，master進程則很快重新啟動新的worker進程。當然，worker進程的異常退出，肯定是程式有bug了，異常退出，會導致目前worker上的所有請求失敗，不過不會影響到所有請求，所以降低了風險。當然，好處還有很多，大家可以慢慢體會。 
(5) nginx採用多worker的方式來處理請求，每個worker裡面只有一個主線程，那能夠處理的並發數很有限啊，多少個worker就能處理多少個並發，何來高並發呢？非也，這就是nginx的高明之處，nginx採用了異步非阻塞的方式來處理請求，也就是說，nginx是可​​以同時處理成千上萬個請求的.

對於IIS伺服器每個請求會獨佔一個工作線程，當並發數上到幾千時，就同時有幾千的線程在處理請求了。這對作業系統來說，是個不小的挑戰，執行緒帶來的記憶體佔用非常大，執行緒的上下文切換帶來的cpu開銷很大，自然效能就上不去了，而這些開銷完全是沒有意義的。我們之前說過，推薦設定worker的個數為cpu的核數，在這裡就很容易理解了，更多的worker數，只會導致進程來競爭cpu資源了，從而帶來不必要的上下文切換。而且，nginx為了更好的利用多核心特性，提供了cpu親緣性的綁定選項，我們可以將某一個進程綁定在某一個核上，這樣就不會因為進程的切換帶來cache的失效 

負載平衡

負載平衡技術在現有網路結構之上提供了一種廉價、有效、透明的方法，來擴展網路設備和伺服器的頻寬、增加、增加、增加、增加量加強網路數據處理能力、提高網路的靈活性和可用性。它有兩方面的意義：首先，大量的並發存取或資料流量分擔到多台節點裝置上分別處理，減少使用者等待回應的時間；其次，單一重負載的運算分擔到多台節點裝置上做並行處理，每個節點設備處理結束後，將結果匯總，回傳給用戶，系統處理能力大幅提升 

以上就介紹了Nginx----事件處理機制及進程模型，包含了方面的內容，希望對PHP教程有興趣的朋友有幫助。