Nginx 核心架构设计和原理
Nginx 核心架构设计和原理
Chaya:「码哥元宵节快乐，在我散落的流年里，有你陪伴，我也不曾孤单」。 码哥：“祝大家元宵节快乐，升职加薪。”
Nginx 是一个免费的、开源的、高性能 Http 服务器和反向代理。Nginx 的架构设计是为了提供高性能、稳定性和可扩展性。
以下是 Nginx 的主要架构组件和工作原理：
- Master 进程：
- Nginx 的运行始于一个 master 进程，它负责管理所有的工作进程。
- master 进程负责读取和解析配置文件，并启动工作进程。
- 工作进程：
- 一旦 master 进程启动，它会生成一组工作进程。
- 每个工作进程都是独立运行的，负责处理来自客户端的连接和请求。
- 工作进程之间相互独立，可以并行处理请求，提高了 Nginx 的性能和吞吐量。
- 事件驱动模型：
- Nginx 采用了事件驱动的模型，主要利用了操作系统提供的异步 I/O 机制。
- 当有新的连接建立或者数据可读写时，Nginx 不会阻塞等待，而是通过事件通知机制处理这些事件，从而提高了处理效率。
- Nginx 核心模块：
- Nginx 的核心模块包括 HTTP 模块、事件模块、解析器模块等。
- HTTP 模块处理 HTTP 请求和响应，包括 HTTP 头部解析、HTTP 请求方法解析、URI 解析等。
- 事件模块负责处理底层的事件通知机制，如 Epoll、Kqueue 等。
- 解析器模块负责解析 Nginx 配置文件。
- 工作流程：
- 当有新的 HTTP 请求到达时，master 进程会将其分发给一个工作进程。
- 工作进程处理请求，根据配置文件进行请求的处理，包括反向代理、负载均衡、静态文件服务等。
- 处理完成后，工作进程将响应返回给客户端。
Nginx 整体架构
Master 进程
当 Nginx 启动时，它会生成两种类型的进程：主进程（master）和工作进程（worker）。
主进程并不处理网络请求，而是负责调度工作进程，包括加载配置、启动工作进程以及进行非停升级。
因此，当 Nginx 启动后，查看操作系统的进程列表，至少会有两个 Nginx 进程。
工作进程
服务器实际 处理网络请求 及 响应 的是 工作进程（worker），在类 unix 系统上，Nginx 可以配置 多个 worker，而每个 worker 进程 都可以同时处理 数以千计 的 网络请求。
每个工作进程在启动时都会复制主进程的配置信息和相关资源，但它们彼此之间是相互独立的，这意味着它们可以并行地处理请求，互不影响。
此外，每个工作进程还会维护一个事件驱动的事件循环，通过事件驱动机制处理来自客户端的连接请求、数据读取和响应发送，这种异步非阻塞的 I/O 模型确保了 Nginx 的高性能和低资源消耗。
模块化设计
Nginx 的 worker 进程分为核心模块和功能性模块。
核心模块主要负责维持一个运行循环（run-loop），在其中执行网络请求处理的不同阶段的模块功能，如网络读写、存储读写、内容传输、外出过滤，以及将请求发往上游服务器等。
Nginx 的代码采用了模块化设计，这使得我们可以根据需要选择和修改功能模块，然后编译成具有特定功能的服务器。
事件驱动模型
Nginx 实现了高并发、高性能的关键在于其基于异步及非阻塞的事件驱动模型。
这种模型使得 Nginx 能够高效地处理大量并发请求，而不会因为阻塞等待而降低性能。
此外，Nginx 还充分利用了 Linux、Solaris 以及类 BSD 等操作系统内核中提供的事件通知和 I/O 性能增强功能，如 kqueue、epoll 以及 event ports，进一步提升了其性能表现。
代理设计
Nginx 作为高性能的代理服务器，其代理原理是其设计的核心之一。无论是针对 HTTP 还是其他协议（如 FastCGI、Memcache、Redis 等）的网络请求或响应，Nginx 都采用了代理机制来实现数据的转发和处理。
Nginx 的代理原理主要基于以下几个关键点：
- 接收请求：当 Nginx 接收到客户端的请求时，根据配置文件中的代理设置，确定是否需要进行代理转发。如果需要代理转发，则根据配置选择合适的代理方式。
- 建立连接：Nginx 会与目标服务器建立连接，可以是与远程服务器建立 TCP 连接，也可以是与本地应用程序之间建立的 Unix Socket 连接，取决于代理目标的具体情况。
- 数据传输：一旦连接建立成功，Nginx 会将客户端的请求数据转发给目标服务器，并且在接收到目标服务器的响应后，再将响应数据返回给客户端。这个过程可以是全双工的，意味着 Nginx 可以同时接收客户端请求和目标服务器响应，然后进行相应的转发和处理。
- 代理缓存：为了进一步提高性能，Nginx 还支持代理缓存功能。它可以将经常请求的数据缓存在本地，避免每次请求都要向后端服务器发起请求，从而减少响应时间和网络负载。
- 负载均衡：对于需要代理转发的请求，Nginx 还支持负载均衡功能，可以根据一定的策略将请求分发到多个后端服务器上，以实现负载均衡和高可用性。