前言
Nginx 是一個 免費的 ， 開源的 ， 高效能 的 HTTP 伺服器和 反向代理 ，以及 IMAP / POP3代理伺服器。 Nginx 以其高效能，穩定性，豐富的功能，簡單的配置和低資源消耗而聞名。 Nginx 是一個 Web 伺服器，也可以用作 反向代理 ， 負載均衡器 和 HTTP 快取 。
很多高知名度的網站都使用 Nginx ，如： Netflix ， GitHub ， SoundCloud ， MaxCDN 等。
正文
1. Nginx的整體架構
1.1. 主程式
Nginx 啟動時，會生成兩種型別的 程式 *，一個是 主程式 （ master ）， 一個 （ windows版本的目前只有一個）或 多個工作程式 （ worker ）。 主程式 並不處理網路請求，主要負責 排程工作程式 ，也就是圖示的 3 項： 載入配置 、 啟動工作程式 及 非停升級 。所以， Nginx 啟動以後，檢視作業系統的程式列表，我們就能看到 至少有兩個 Nginx 程式。
1.2. 工作程式
伺服器實際 處理網路請求 及 響應 的是 工作程式 （ worker ），在類 unix 系統上， Nginx可以配置 多個 worker ，而每個 worker 程式 都可以同時處理 數以千計 的 網路請求 。
1.3. 模組化設計
Nginx 的 worker 程式，包括 核心 和 功能性模組 ， 核心模組 負責維持一個 執行迴圈 （ run-loop ），執行網路請求處理的 不同階段 的模組功能，比如： 網路讀寫 、 儲存讀寫 、 內容傳輸 、 外出過濾 ，以及 將請求發往上游伺服器 等。而其程式碼的 模組化設計 ，也使得我們可以根據需要對 功能模組 進行適當的 選擇 和 修改 ，編譯成具有 特定功能 的伺服器。
1.4. 事件驅動模型
基於 非同步及非阻塞 的 事件驅動模型 ，可以說是 Nginx 得以獲得 高併發 、 高效能 的關鍵因素，同時也得益於對 Linux 、 Solaris 及類 BSD 等作業系統核心中 事件通知 及 I/O 效能增強功能 的採用，如 kqueue 、 epoll 及 event ports 。
1.5. 代理（proxy）設計
代理設計，可以說是 Nginx 深入骨髓的設計，無論是對於 HTTP ，還是對於 FastCGI 、 Memcache 、 Redis 等的網路請求或響應，本質上都採用了 代理機制 。所以， Nginx 天生就是高效能的 代理伺服器 。
2. Nginx的模組化設計
高度模組化的設計是 Nginx 的架構基礎。 Nginx 伺服器被分解為 多個模組 ，每個模組就是一個 功能模組 ，只負責自身的功能，模組之間嚴格遵循 “高內聚，低耦合” 的原則。
2.1. 核心模組
核心模組是 Nginx 伺服器正常執行 必不可少 的模組，提供 錯誤日誌記錄 、 配置檔案解析 、 事件驅動機制 、 程式管理 等核心功能。
2.2. 標準HTTP模組
標準 HTTP 模組提供 HTTP 協議解析相關的功能，比如： 埠配置 、 網頁編碼設定 、 HTTP響應頭設定 等等。
2.3. 可選HTTP模組
可選 HTTP 模組主要用於 擴充套件 標準的 HTTP 功能，讓 Nginx 能處理一些特殊的服務，比如： Flash 多媒體傳輸 、解析 GeoIP 請求、 網路傳輸壓縮 、 安全協議 SSL 支援等。
2.4. 郵件服務模組
郵件服務模組主要用於支援 Nginx 的 郵件服務 ，包括對 POP3 協議、 IMAP 協議和 SMTP協議的支援。
2.5. 第三方模組
第三方模組是為了擴充套件 Nginx 伺服器應用，完成開發者自定義功能，比如： Json 支援、 Lua 支援等。
3. Nginx的請求方式處理
Nginx 是一個 高效能 的 Web 伺服器，能夠同時處理 大量的併發請求 。它結合 多程式機制和 非同步機制 ，非同步機制使用的是 非同步非阻塞方式 ，接下來就給大家介紹一下 Nginx 的 多執行緒機制 和 非同步非阻塞機制 。
3.1. 多程式機制
伺服器每當收到一個客戶端時，就有 伺服器主程式 （ master process ）生成一個 子程式（ worker process ）出來和客戶端建立連線進行互動，直到連線斷開，該子程式就結束了。
使用 程式 的好處是 各個程式之間相互獨立 ， 不需要加鎖 ，減少了使用鎖對效能造成影響，同時降低程式設計的複雜度，降低開發成本。其次，採用獨立的程式，可以讓 程式互相之間不會影響 ，如果一個程式發生異常退出時，其它程式正常工作， master 程式則很快啟動新的 worker 程式，確保服務不會中斷，從而將風險降到最低。
缺點是作業系統生成一個 子程式 需要進行 記憶體複製 等操作，在 資源 和 時間 上會產生一定的開銷。當有 大量請求 時，會導致 系統效能下降 。
3.2. 非同步非阻塞機制
每個 工作程式 使用 非同步非阻塞方式 ，可以處理 多個客戶端請求 。
當某個 工作程式 接收到客戶端的請求以後，呼叫 IO 進行處理，如果不能立即得到結果，就去 處理其他請求 （即為 非阻塞 ）；而 客戶端 在此期間也 無需等待響應 ，可以去處理其他事情（即為 非同步 ）。
當 IO 返回時，就會通知此 工作程式 ；該程式得到通知，暫時 掛起 當前處理的事務去 響應客戶端請求 。
4. Nginx事件驅動模型
在 Nginx 的 非同步非阻塞機制 中， 工作程式 在呼叫 IO 後，就去處理其他的請求，當 IO 呼叫返回後，會 通知 該 工作程式 。對於這樣的系統呼叫，主要使用 Nginx 伺服器的 事件驅動模型 來實現。
如上圖所示， Nginx 的 事件驅動模型 由 事件收集器 、 事件傳送器 和 事件處理器 三部分基本單元組成。
事件收集器：負責收集 worker 程式的各種 IO 請求；
事件傳送器：負責將 IO 事件傳送到 事件處理器 ；
事件處理器：負責各種事件的 響應工作 。
事件傳送器將每個請求放入一個 待處理事件列表 ，使用非阻塞 I/O 方式呼叫 事件處理器 來處理該請求。其處理方式稱為 “多路 IO 複用方法” ，常見的包括以下三種： select 模型、 poll模型、 epoll 模型。
5. Nginx程式處理模型
Nginx 伺服器使用 master/worker 多程式模式 。多執行緒啟動和執行的流程如下：
主程式 Master process 啟動後，通過一個 for 迴圈來 接收 和 處理外部訊號 ；
主程式通過 fork() 函式產生 worker 子程式 ，每個 子程式 執行一個 for 迴圈來實現 Nginx 伺服器 對事件的接收 和 處理 。
一般推薦 worker 程式數 與 CPU 核心數 一致，這樣一來不存在 大量的子程式 生成和管理任務，避免了程式之間 競爭 CPU 資源 和 程式切換 的開銷。而且 Nginx 為了更好的利用 多核特性 ，提供了 CPU 親緣性 的繫結選項，我們可以將某 一個程式繫結在某一個核 上，這樣就不會因為 程式的切換 帶來 Cache 的失效。
對於每個請求，有且只有一個 工作程式 對其處理。首先，每個 worker 程式都是從 master程式 fork 過來。在 master 程式裡面，先建立好需要 listen 的 socket（listenfd） 之後，然後再 fork 出多個 worker 程式。
所有 worker 程式的 listenfd 會在 新連線 到來時變得 可讀 ，為保證只有一個程式處理該連線，所有 worker 程式在註冊 listenfd 讀事件 前 搶佔 accept_mutex ，搶到 互斥鎖 的那個程式 註冊 listenfd 讀事件 ，在 讀事件 裡呼叫 accept 接受該連線。
當一個 worker 程式在 accept 這個連線之後，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 斷開連線 ，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 程式來處理，而且只在一個 worker 程式中處理。
淺談Nginx伺服器的內部核心架構設計
在 Nginx 伺服器的執行過程中， 主程式 和 工作程式 需要程式互動。互動依賴於 Socket 實現的 管道 來實現。
5.1. 主程式與工作程式互動
這條管道與普通的管道不同，它是由 主程式 指向 工作程式 的 單向管道 ，包含主程式向工作程式發出的 指令 ， 工作程式 ID 等；同時 主程式 與外界通過 訊號通訊 ；每個 子程式 具備 接收訊號 ，並處理相應的事件的能力。
5.2. 工作程式與工作程式互動
這種互動是和 主程式-工作程式 互動是基本一致的，但是會通過 主程式 間接完成。 工作程式之間是 相互隔離 的，所以當工作程式 W1 需要向工作程式 W2 發指令時，首先找到 W2 的 程式ID ，然後將正確的指令寫入指向 W2 的 通道 。 W2 收到訊號採取相應的措施。
小結
通過這篇文章，我們對 Nginx 伺服器的 整體架構 有了一個整體的認識。包括其 模組化的設計、 多程式 和 非同步非阻塞 的請求處理方式、 事件驅動模型 等。通過這些理論知識，才能更好地領悟 Nginx 的設計思想。對於我們學習 Nginx 來說有很大的幫助。
