Nginx 以其高性能，稳定性，丰富的功能，简单的配置和低资源消耗而闻名。本文从底层原理分析 Nginx 为什么这么快！
Nginx 的进程模型
Nginx 服务器，正常运行过程中：
- 多进程：一个 Master 进程、多个 Worker 进程。
- Master 进程：管理 Worn X % ( 0 k C ;ker 进程。对2 d q 9 ( { 7 , s外接口：接收外部的操作（信号）；对内转发：根据外部的操作的不同，通过信号u [ j ! F 4 c j管理 Worker；监控：监控 Worker 进程的 m k运行B U !状态，Worker 进程异常终止后，自动重启 Wor* b l % = 0ker 进程。
- Worker 进程：所有 Worker 进程都是平等的。F 8 h实际处理：网络请求，由 Worker 进程处理。Worker 进程数量：在 nginx.conf 中配置，一般设置为核心数，充分利用 CPU 资源，同时，避免进程数量过多，避免进程竞争 CPU 资源，增加上下文切换的损耗。
思考：
- 请& ( S 4 d * p ^ i求是连接到 Nginx，Master 进程负责处理和转发？
- 如何选定哪个 Worker 进程处理请求？请求的处理结果，是否还要经过 Master 进程？
HTT3 3 X F I 1 T y cP 连接建立和请求处理过程如下：
- Nginx 启动 Z l时，Master 进程，加载配置文件。
- Master 进程，初始化监听的 Socket。
- Master 进s 8 C I Q L / ` *程，Fork 出多个 Worker 进程。
- Worker 进程，竞争新的连接，获胜方通过三次握手，建立 Socket 连接，并处理请求。
Nginx 高性能、高# W ] Q并发
Nginx 为什么拥有高性能并且能够支撑高并发？
- Nginx 采f L P # h P用多进程+异步非阻塞方R 2 7 % c 6 -式（IO 多路复用 Epoll）。
- 请求的完整过程：? f建立链接→读取 8 1请求→解析请求→处理请求→响应请求。
- 请求的完整过程对应到底层就是：读写 Socket 事件。
Nginx 的事件处理模型
Request：Nginx 中 HTTP 请求。
基本的 HTTy ~ r P + J 4P Web Server 工作模式：
- 接收请求：逐行读取请求行和请求头，判断段有请求体后，读取请求体。
- 处1 d % F理请求。
- 返回响应：根据处理结果，生成相应的 HTTP 请求（响应行、响应头、响应体）。
Nginx 也是这O I ) [ 4 Y ~ 1 个套路，整体流程一致：
模块化体系结构
Nginx 的模块根据其功能基# 4 l z X 6 m N本上可以分为以下几种类型：
①event module：搭建了独立于操作系统的事! ? { v a 7 V K u件处理机制的框架，及提供5 u p 0 W r J :了各具体事件的处理。包括 ngx_events_module，ngx_event_core_module 和 ngx_epoll_module 等。
Nginx 具体使用何种事件处理模块，这依赖于具体的操作系统和编译选项。
②phase handler：此类型的模块也被直接称为 handler 模块。主要负责处理客户端请求并产生待响应内容，比如 ngx_http_statM r x ! } 7 & |ic_module 模块，负责客Y # O p * ^ M户端的静态页面请求处理并将对应的磁盘文件准备为响应内容输出。
③output filter：也称为 filter 模块，主要是负责对输出的内容进行U x % ~ S I y 2处理，可以对输出进行修改。
例如，可以实现对输出的所g u A ; S w有 html 页面增加预定义的 footbar 一类的工作，或者对输出的图片的 URL 进行替换之类的工作。
④upstream：upstream 模块实现反向代理的功能，将真正的请求转发到后端服务器上，并从后端Y ~ !服务器上读取响应，发回客户端。
upstream 模块是一种特殊的 handle- y ~ b g ` 1r，只不过响应内容不是真正由自己产生的O x # ?，而是从后端服务器上读取的。
⑤load-balancer：负@ A 7 * P A 8 ) ;载均衡模0 c A S } W z ]块，实现特定的算法，在众多的后端服务器中，选择一个服务器出来作为某个请求的转发服务器。
常见E C $ I U 5问题剖N / # p 8 Q 4 0析
NG ; i $ iginx v} ? 3 m * Ds Apache
Ngin` u E # % S 9x：
- I7 W a 7 A ] mO 多路复用，Epoll（P P q Y A p Bfreebsd 上是 kqueue）
- 高性能
- 高并发
- 占用系f _ W ` * l 1统资源少
Apache：
- 阻塞+多进程/多线程
- 更稳定，Bug 少
- 模块更丰富
Ngio z , + E r $ pnx 最大连接数
基础背景：
- Nginx 是多进程模型，Worker 进程用于处理请求。
- 单个进程的连接数（文件描述符 fd），有上限（nofile）：uliE ~ ^mit -nF M Z。
- Nginx 上配置单个 Worker 进程的最大连接数：worker_connections 上限C B 3 V S {为 nofile。
- Nginx 上配置 Worker 进程的数量：worker_processes。
因此，Nginx 的最大连接数：
- Nginxd i x q X 4 g 的最大连接数：Worker 进程数量 x 单个 Worker 进程的最大连接数。
- 上面是 Nginx 作为通用服务器时，最大的连接数。
- Nginx 作为反g % M向代理服务器时，0 Y O l能够服务的最大连接数：（Worker 进程数量 x 单个 Worker 进程& j 0 R的最大连接数）/ 2。
- Ngq , o Y 5inx 反向代理时，会建立 Client 的连接和后端 Web Server% E Y 0 的连接，占用 2s % d x M T K 个连接。
思考：
- 每打开一个 Socket 占用一个 fd？
- 为什么，一个进程能够打开的 fd 数量有限制？
HTTP 请求和响应
HTTP 请求：
- 请求行：method、uri、http version
- 请求头
- 请求体
HTTP 响应：
- 响应行：h{ l N %ttp version、status code
- 响应头
- 响应体
IO 模型
处理多个请求时，可以采用：IO 多路复用或者阻塞 IO+多线程：
- IO 多路复用：一个线程，跟踪多个 Sockeu j ( A X ; . ft 状态，哪个就绪，就读写哪个。
- 阻塞 IO+多线程：每一个请求，新建一个服务线程。
IO 多路复v x W用和多线程的适用场景？
- IO 多路复用：单个连接的请求处理速度没有优势。
- 大并发量：只使用一个线程，处理大量的并发请求，降低上下文环境切换损耗，也不需要S L *考虑并发问题，相对可以处理更多的请求。
- 消耗更少的系统资源（8 R t k U H $ * v不需要线程调度开销）。
- 适用O } : * e ^ W于长连接的情况（) B % ! K a多, [ q Z线程模式长连接容易造成线程过多，造成频繁调度）。
- 阻塞 IO +多线程：实现简单，可以不依赖系e * P统调用。
- 每t } 8 0 ( S z 5 u个线程，! [ g H都需要时间和空间。
- 线程数量增长时，线程调度开销指数增v . I长。
sel+ c L i @ cect/poll 和 epoll 比较如f a z n # g s下：
select/poll 系统调用：
// selJ _ _ u $ A - Zect&n7 N a z X 8 0bsp;3 _ c { ? z - B系统调用
int select(int maxfdp,fd_set&nY % M R F ybspw { h ^ O +;*rt { ` p / _ _ ) ieadfds,fd_set 7 F - D L z k;*writefds,fr v Q B . |d_set *errorfds,struct timeval *time= q D 0 v r : Nout);&nbsk S 8p;
// poll 系统调用
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int tim* l eout)；select：
- 查询 fd_set 中，是否有就绪的 fd，可以设定一个超时时间，当有 fd (File descripter) 就绪或超时返回。
- fd_set 是一个位集合，大小是在编译内核时的常量，默认大小为 1024。
- 特点：连接数限制，fd_set 可表示的 fd 数量太小了；线性扫描：判断 fd 是否就绪，需要遍历一边 fd_set；数据复制：用户空间和内核空间，复制连接就绪状态信息。
poll：
- 解决了连接数限制：poll 中将 sel: L N [ s ~ e E aect 中的 fd_set 替换成了一个 pollfd 数组，解决 fd 数量过小的问题。
- 数据复制：用户空间. u 7和内核空间，复制连接就绪状态信息。
epollJ ] o S L :，5 ) 6 e } .event 事件驱动：
- 事件机制：避免{ r 5线性扫描，为每个 fdH w N v K Q ~，注册一个监听事件，fd 变更为就绪时，将 fd 添加到就绪链表。
- fd 数量：无限制（OS 级别的限制，单个进B 8 1 a D * N L程能打开多少( N # L L } T w 2个 fd）。
select，poll，epoll：
- I/O 多路复用的机制。
- I/O 多路复用就通过一种机制，可以监视多b . W O T U :个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作；监视多个文件描述符。2 a l k
- 但 select，poll，epoll 本质上都是同步 I/O：用户进程负责读写（从内核空间拷贝到用户空间），读写过程中，用户进程是阻塞的；异步 IO，无需用户进程负责读写，异步 IO，会负责o l . (从内核空间拷贝到用户空间。
Nginx 的并发处理能力
关于 Nginx 的并发处理能力：并发连接数，一般优化后，峰值能保持在K 4 l O 1~3w 左右。（内存和 CPU 核心数不同，会有进一步优B p ] D w : 5化空间）
