Nginx實現高速併發處理的原理詳解

hanniuniu12發表於2021-01-13
Nginx

　　眾所周知，Nginx是當下最流行的Web伺服器，它具有很強的負載均衡，反向代理，郵件代理以及靜態快取的功能。在提供這些功能的同時，Nginx的效能也極其優秀，可以輕鬆支援百萬、千萬級的併發連線，能夠為Tomcat、Django等效能不佳的Web應用抗住絕大部分外部流量。那麼，Nginx是如何實現高速併發處理呢？這就要從它優秀的架構設計來說起。

　　框架結構

　　如下圖所示，Nginx結合採用多程式和IO多路複用的結構處理併發客戶請求。

　　Master程式主要負責訊號處理，監控和管理Worker程式。 Master程式本身不處理具體業務。Worker程式處理具體業務，包括處理連線請求和網路讀寫事件的處理。多個worker程式可以獨立地處理各自的客戶連線。Worker程式之間透過訊號量和共享記憶體進行通訊。
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　　透過配置與系統CPU等量的worker程式，可以實現某一個程式繫結某一個特定CPU從而減少系統開銷。在每一個worker程式處理多個client併發連線請求時，Nginx 採用IO多路複用技術在一個程式內同時處理多個client的網路讀寫事件。與多程式/執行緒處理多連線請求模型相比，IO多路複用可以減少大量的程式排程帶來的系統開銷，從而提高系統整體的處理效能。
　　併發處理方式
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　　網路伺服器在處理併發處理方式，如上圖socket處理流程所示，根據accept得到新連線以後是啟用新的程式/執行緒還是直接在原來本程式內處理，分為如下兩種方式。

　　一種是多程式/執行緒方式，這種方式為每一個新來的連線生成一個新的程式/執行緒來單獨處理。另外一種是IO多路複用，這種方式在一個程式/執行緒中維護所有的連線的socket,透過事件處理的方式依次處理所有連線上的網路事件。
　　多執行緒模型如下：
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　　在多程式/執行緒的模型中，根據accept在新老程式中的位置又分為兩種。一種型別是accept在父程式中進行，每次accept以後，fork一個新程式或者建立一個新執行緒來處理新accept的連線。一種型別是父程式在listen呼叫以後，fork出多個程式或者建立多個執行緒分別進行accept.
　　IO多路複用模型如下：
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　　IO多路複用又稱為event driven IO。就是在同一個程式內同時處理多路IO，進而提高系統吞吐量。一般是透過維護一個連線池，當某個連線有資料到達，通知程式來進行資料處理。Nginx支援多種併發連線請求，比如select，poll，epoll，kqueue(針對bsd)等等，這些請求可以透過配置檔案進行選擇。一般在linux上epoll的效率要比select，poll高很多。

　　綜上所述，Nginx透過本身優秀的框架設計，加上核心對並行網路處理的支援，得到了非常好的併發處理效能。


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