nginx源码分析——事件模块

原创
2016/06/23 11:44
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1. 事件模块概述

事件处理框架所要解决的问题是如何收集,管理,分发事件。这里所说的事件,主要以网络事件和定时器事件为主,而网络事件中又以TCP网络事件为主。由于网络事件与网卡中断处理程序,内核提供的系统调用密切相关,所以网络事件的驱动取决于不同的操作系统平台,在同一操作系统中也受制于不同的操作系统内核版本。因此不同操作系统有不同的事件驱动机制。

基于模块化的设计思想,nginx对于事件处理分不同的模块来完成。首先是ngx_events_module,它是NGX_CORE_MODULE类型的模块,主要负责配置文件events块配置项的解析;其次是ngx_event_core_module,它是NGX_EVENTS_MODULE类型的模块,这个模块会决定使用哪种事件驱动机制,并且怎样调用事件驱动完成事件的管理;最后是ngx_epoll_module,ngx_kqueue_module,ngx_poll_module等一系列模块,这些模块实现了具体的事件驱动机制。

2. 事件模块间的抽象化及初始化流程

在模块接口ngx_module_t中,有一个指向模块上下文的指针,不同的模块采用不同的结构体。

对于NGX_EVENT_MODULE类型的模块,其上下文结构体为ngx_event_module_t:

typedef struct {
    // 事件模块的名称
    ngx_str_t * name;
    // 用于创建保存配置项参数的结构体
    void *      (*create_conf)(ngx_cycle_t * cycle);
    // 结合配置文件初始化配置项参数
    char *      (*init_conf)(ngx_cycle_t * cycle, void * conf);
    // 事件驱动机制的核心方法抽象
    ngx_event_actions_t  actions;
} ngx_event_module_t;

typedef struct {
    // 添加事件方法 负责把一个感兴趣的事件添加到事件驱动中
    ngx_int_t (*add)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
    // 删除事件方法
    ngx_int_t (*del)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
    // 启用一个事件
    ngx_int_t (*enable)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
    // 禁用一个事件
    ngx_int_t (*disable)(ngx_event_t *ev, ngx_int_t event, ngx_uint_t flags);
    // 向事件驱动中添加一个新的连接,该连接的读写事件均会被添加到事件驱动中
    ngx_int_t (*add_conn)(ngx_connection_t * c);
    // 从事件驱动中删除一个新的连接
    ngx_int_t (*del_conn)(ngx_connection_t * c, ngx_uint_t flags);
    ngx_int_t (*notify)(ngx_event_handler_pt handler);
    // 处理事件方法
    ngx_int_t (*process_event)(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags);
    // 事件驱动初始化方法
    ngx_int_t (*init)(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer);
    // 退出事件驱动前调用的方法
    void      (*done)(ngx_cycle_t *cycle);
} ngx_event_actions_t;

ngx_epoll_module,ngx_kqueue_module,ngx_poll_module等模块均会实现ngx_event_actions_t中定义的方法以此实现对应的事件驱动机制。另外,在事件模块初始化的过程中会对全局变量ngx_event_actions赋值,后续通过ngx_event_actions完成事件的管理,这样逻辑上就有了较明显的分层。

extern ngx_event_actions_t ngx_event_actions;

#define  ngx_process_events  ngx_event_actions.process_events
#define  ngx_done_events     ngx_event_actions.done
#define  ngx_add_event       ngx_event_actions.add
#define  ngx_del_event       ngx_event_actions.del
#define  ngx_add_conn        ngx_event_actions.add_conn
#define  ngx_del_conn        ngx_event_actions.del_conn
#define  ngx_notify          ngx_event_actions.notify

事件模块的运行流程:

  • 事件模块的初始化

    即调用ngx_event_core_module模块的ngx_event_module_init方法,在该方法中会初始化一些与系统相关的信息,例如进程打开的最大文件数,原子锁(文件锁)的初始化等。

  • 模块进程启动初始化

    即调用ngx_event_core_module模块的ngx_event_process_init方法,在该方法中会初始化用于多进程侦听的锁,初始化选用的事件驱动机制、初始化连接池、读写事件、最后将侦听套接字作为可读事件添加到事件驱动中。

  • 事件循环

    通过ngx_event_actions开始事件循环。

3. 事件模块重要的结构体

  • 事件

    每一个事件都由ngx_event_t结构体来表示。该结构体中最核心的部分就是handler回调方法,它由每一个事件消费模块实现,以此决定这个事件究竟如何被处理。

typedef struct ngx_event_s ngx_event_t;
struct ngx_event_s {
    // 事件相关的对象, 通常指向ngx_connection_t连接对象
    void *  data;
    // 事件的处理方法, 每个事件消费模块都会重新实现它
    ngx_event_handler_pt  handler;
    ...
};
  • 连接

    在nginx中,定义了基本的数据结构ngx_connection_t来表示连接。这个连接可以是被动连接:即客户端主动发起的,nginx服务器被动接受的tcp连接;也可以是主动连接:即nginx主动向上游服务器建立的连接,并以此连接与上游服务器通信。主动连接由结构体ngx_peer_connection来表示,它是以ngx_connection_t结构体为基础来实现的。

typedef struct ngx_connection_s ngx_connection_t;
struct ngx_connection_s {
    // 作为空闲连接时, 指向连接池中下一个空闲连接
    // 作为非空闲连接时, 其意义由使用连接的模块定义, 例如http模块将data指向一个http请求(ngx_http_request_t)
    void * data;
    // 连接对应的读事件
    ngx_event_t * read;
    // 连接对应的写事件
    ngx_event_t * write;
    // 连接对应的侦听对象
    ngx_listening_t * listening;
    // 连接的套接字句柄
    ngx_socket_t fd;
    ...
};
  • 侦听

    每个nginx需要侦听的端口都由结构体ngx_listening_t来表示,该结构体中包含了socket套接字,侦听的ip地址,端口,以及侦听端口上成功建立新连接后的回调处理方法。

typedef struct ngx_listening_s ngx_listening_t;
struct ngx_listening_s {
    // 侦听套接字
    ngx_socket_t  fd;
    // 侦听地址
    struct sockaddr * sockaddr;
    // 新连接成功建立后的处理方法
    ngx_connection_handler_pt  handler;
    // 对应的连接对象
    ngx_connection_t * connection;
    ...
};
  • 结构体之间的联系

    在初始化过程中,每个连接都会自动对应到一个读事件和写事件;将侦听套接字添加到事件驱动过程中,为每个侦听套接字分配一个连接,并对分配到的连接的读事件的处理函数赋值;当新连接建立后回调侦听的处理方法,在该方法中会修改新连接读写事件的处理方法,由于侦听是在不同的模块中被初始化的,有了新连接的回调处理方法,不同的模块就能方便的集成事件处理框架。例如http模块在解析配置构造ngx_listening_t结构体时,将其回调处理方法设置为ngx_http_init_connection,当有新连接成功建立时,该函数被回调,并且根据配置与实际情况将新连接的读写事件处理方法修改为ngx_http_wait_request_handler,ngx_http_empty_handler或其他http的处理方法。

相关源码:

static ngx_int_t  ngx_event_process_init( ngx_cycle_t * cycle )
{
    ...
    // 为连接分配内存空间
    cycle->connections = ngx_alloc(sizeof(ngx_connection_t)*cycle->connection_n, cycle->log);
    if( cycle->connections == NULL ) {
        return NGX_ERROR;
    }
    c = cycle->connections;

    // 为读事件分配内存空间并初始化
    cycle->read_events = ngx_alloc(sizeof(ngx_event_t)*cycle->connection_n, cycle->log);
    if( cycle->read_events == NULL ) {
        return NGX_ERROR;
    }
    rev = cycle->read_events;
    for( i = 0; i < cycle->connection_n; i++ ) {
        rev[i].closed = 1;
        rev[i].instance = 1;
    }

    // 为写事件分配内存空间并初始化
    cycle->write_events = ngx_alloc(sizeof(ngx_event_t)*cycle->connection_n, cycle->log);
    if( cycle->write_events == NULL ) {
        return NGX_ERROR;
    }
    wev = cycle->write_events;
    for( i = 0; i < cycle->connection_n; i++ ) {
        wev[i].closed = 1;
        wev[i].instance = 1;
    }

    // 每个连接的读事件和写事件
    i = cycle->connection_n;
    next = NULL;
    do {
        i--;
        c[i].data = next;
        c[i].read = &cycle->read_events[i];
        c[i].write = &cycle->write_events[i];
        c[i].fd = (ngx_socket_t)-1;
    } while(i);

    // 为每个侦听分配一个连接, 用于事件管理
    ls = cycle->listening.elts;
    for( i = 0 ; i < cycle->listening.nelts; i++ ) {
        c = ngx_get_connection(ls[i].fd, cycle->log);
        if( c == NULL ) {
            return NGX_ERROR;
        }
        c->type = ls[i].type;
        c->log = &ls[i].log;
        c->listening = &ls[i];
        ls[i].connection = c;
        rev = c->read;
        rev->log = c->log;
        rev->accept = 1;
        rev->handler = (c->type == SOCK_STREAM) ? ngx_event_accept : ngx_event_recvmsg;

        if(ngx_add_event(rev, NGX_READ_EVENT, 0) == NGX_ERROR) {
            return NGX_ERROR;
        }
    }
    return NGX_OK;
}

参考:

《深入理解nginx》

《nginx开发从入门到精通》

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