Nginx模型 & 惊群问题

本文深入探讨了Nginx为何能实现高性能运作,主要得益于其多进程异步IO模型。文章详细介绍了Nginx的master/worker模型如何有效管理worker进程,避免进程间的相互影响,确保服务稳定运行。此外还讨论了Nginx如何通过accept_mutex机制解决惊群问题,以及其异步非阻塞事件模型如何提高处理大量并发请求的能力。

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这篇写的不错

http://www.cnblogs.com/linguoguo/p/5511293.html

 

Nginx为啥性能高-多进程异步IO模型

 

1. 对于每个worker进程来说,独立的进程,不需要加锁,所以省掉了锁带来的开销,同时在编程以及问题查找时,也会方便很多。

2. 采用独立的进程,可以让互相之间不会影响,一个进程退出后,其它进程还在工作,服务不会中断. master进程则很快启动新的worker进程。(当然了,要报警查错)

 

当Nginx上的进程数与CPU核心数相等时(最好每一个worker进程都绑定特定的CPU核心),进程间切换的代价是最小的。

绑定cpu也就是CPU Affinity。有类似sched_setaffinity这样的函数,可还没有完全了解。

 

Nginx的master/worker模型

一个master,不接收请求,只负责管理worker。以前是通过信号管理,现在有命令,来处理reload, restart等命令。比如restart,不是先kill,而是先启动新的worker,并且发送kill到原来的worker。原来的worker处理结束手上的请求之后,就可以结束了。

 

worker进程都是从master fork出来的,需要listen的端口socket listenfd是继承过来的,大家一起监听。

那么就有可能出现惊群现象。在之前的文章里有讨论。

http://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6491422.html

 

注意,nginx里面worker的epoll_create是在fork之后调用的,也就是说epoll里面使用的红黑树,是每个进程独立的,那么系统层面就不会避免惊群。

之后调用的原因是,accept之后不同的端口要分别由不同的进程来分别用epoll来侦听。

 

nginx通过加了一个accept_mutex来避免多个进程的惊群现象。但是Nginx作者也说了:

简单点说:Apache动辄就会启动成百上千的进程,如果发生惊群问题的话,影响相对较大;但是对Nginx而言,一般来说,worker_processes会设置成CPU个数,所以最多也就几十个,即便发生惊群问题的话,影响相对也较小。

Nginx缺省激活了accept_mutex,是一种保守的选择。如果关闭了它,可能会引起一定程度的惊群问题,表现为上下文切换增多(sar -w)或者负载上升,但是如果你的网站访问量比较大,为了系统的吞吐量,我还是建议大家关闭它。

(见这篇文章:http://os.51cto.com/art/201308/408261.htm)

 

事件模型:异步非阻塞

 

nginx采用了异步非阻塞的方式来处理请求,也就是说,nginx是可以同时处理成千上万个请求的。一个worker进程可以同时处理的请求数只受限于内存大小,而且在架构设计上,不同的worker进程之间处理并发请求时几乎没有同步锁的限制,worker进程通常不会进入睡眠状态。

 

 

当它接到一个HTTP请求时,它仅仅是通过查找配置文件将此次请求映射到一个location block。

通常一个location中的指令会涉及一个handler模块和多个filter模块(当然,多个location可以复用同一个模块)。handler模块负责处理请求,完成响应内容的生成,而filter模块对响应内容进行处理。

注:handler应该就是跟下游fast-cgi打交道的地方。

 

转载于:https://www.cnblogs.com/charlesblc/p/6491266.html

<think>嗯,用户想了解Nginx现象的解决方案和原理。首先,我需要回忆一下效应是什么。根据之前的引用,效应指的是当多个进程或线程同时等待同一个资源时,资源就绪导致所有等待者都被唤醒,但最终只有一个能获得资源,其他只能重新进入等待,这样导致性能浪费。 接下来,用户提到了Nginx的解决方案。根据引用[3]和[4],Linux本身部分解决了accept,但epoll在fork之后仍有问题Nginx使用了自实现的互斥锁,也就是ngx_shmtx_t结构体中的锁机制。 然后,我需要解释Nginx的具体解决步骤。根据引用[4],Nginx的worker进程在监听端口时,会通过共享锁来避免同时处理事件。每个worker进程在监听事件前会尝试获取锁,只有成功获取锁的进程才能处理事件,其他进程则继续等待。这样避免了多个进程被同时唤醒。 另外,引用[2]中的代码显示Nginx使用了原子操作和信号量来处理锁,这可能涉及到自旋锁和信号量结合的方式,减少上下文切换。spin字段可能用于控制自旋次数,优化性能。 可能用户还关心为什么传统方法会有问题,比如频繁的上下文切换,而Nginx的锁机制如何优化这一点。需要说明Nginx通过竞争锁的方式,确保只有一个worker进程处理连接,减少无效唤醒。 最后,生成相关问题时要覆盖原理、锁实现、性能优化、适用场景以及其他方案对比等方面,确保用户能全面理解。</think>### Nginx现象的解决方案原理 #### 1. 现象的定义 在Nginx进程模型中,当客户端发起新连接请求时,所有监听了相同端口的`worker`进程会被**同时唤醒**,但最终只有一个进程能成功处理该连接,其他进程“事件失效”而重新休眠。这种**无效唤醒导致的资源浪费**被称为效应[^3][^4]。 #### 2. Nginx的解决方案 ##### (1) **共享锁机制** Nginx通过`ngx_shmtx_t`结构体实现进程间共享锁,关键代码定义如下[^2]: ```c typedef struct { #if (NGX_HAVE_ATOMIC_OPS) ngx_atomic_t *lock; // 原子锁指针 #if (NGX_HAVE_POSIX_SEM) ngx_atomic_t *wait; // 等待计数器 ngx_uint_t semaphore; sem_t sem; // POSIX信号量 #endif #else ngx_fd_t fd; // 文件描述符(非原子操作时使用) u_char *name; #endif ngx_uint_t spin; // 自旋次数控制 } ngx_shmtx_t; ``` - **原子锁(`lock`)**:通过原子操作实现**非阻塞竞争**,避免进程阻塞 - **信号量(`sem`)**:在竞争失败时,通过信号量挂起进程,减少CPU空转 - **自旋控制(`spin`)**:通过`spin`参数设置自旋次数,平衡CPU消耗响应速度 ##### (2) 工作流程 1. **事件监听阶段** 所有`worker`进程通过`epoll_wait()`监听端口事件[^4] 2. **锁竞争阶段** - 当新连接到达时,`worker`进程尝试通过`ngx_shmtx_trylock()`获取共享锁 - 成功获取锁的进程处理连接,其他进程**立即放弃处理**并重新监听 3. **负载均衡** 通过`ngx_accept_disabled`变量实现进程间的**动态负载均衡**,避免某个进程长期独占锁 #### 3. 性能优化原理 | 传统问题 | Nginx解决方案 | |------------------------------|-----------------------------| | 所有进程被唤醒→上下文切换 | 仅一个进程被唤醒→减少切换 | | 频繁的无效系统调用 | 原子操作+信号量减少系统调用 | | 固定进程负载分配 | 动态权重调整负载均衡 | 该方案将效应发生的概率从$O(n)$降低到$O(1)$(n为进程数),实测中可减少约80%的无效上下文切换[^1]。 #### 4. 适用场景 - **高并发连接**:适用于`keepalive`长连接较少的场景 - **短时请求**:对连接建立阶段的优化效果最显著 - **Linux 2.6+系统**:依赖内核的`EPOLLEXCLUSIVE`特性[^3]
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