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《理解 Nginx 源码》系列分享专栏

简介

本专栏是对 Nginx 高性能服务器源码的学习与理解。根据对其源码的解读，了解Nginx服务器的基本框架。

文章

Nginx 配置文件

Nginx 内存池管理

Nginx 基本数据结构

Nginx 数组结构 ngx_array_t

Nginx 链表结构 ngx_list_t

Nginx 队列双向链表结构 ngx_queue_t

Nginx 哈希表结构 ngx_hash_t

Nginx 红黑树结构 ngx_rbtree_t

Nginx 模块开发

Nginx 启动初始化过程

Nginx 配置解析

Nginx 中的 upstream 与 subrequest 机制

Nginx 源码结构分析

Nginx 事件模块

Nginx 的 epoll 事件驱动模块

Nginx 定时器事件

Nginx 事件驱动模块连接处理

Nginx 中 HTTP 模块初始化

Nginx 中处理 HTTP 请求

Nginx 中 upstream 机制的实现

Nginx 中 upstream 机制的负载均衡

Nginx 配置文件

概述

Nginx 是使用一个 master 进程来管理多个 worker 进程提供服务。master 负责管理 worker 进程，而 worker 进程则提供真正的客户服务，worker 进程的数量一般跟服务器上 CP

U 的核心数相同，worker 之间通过一些进程间通信机制实现负载均衡等功能。Nginx 进程之间的关系可由下图表示：

Nginx 服务启动时会读入配置文件，后续的行为则按照配置文件中的指令进行。Nginx 的配置文件是纯文本文件，默认安装 Nginx 后，其配置文件均在 /usr/local/nginx/conf/ 目录

下。其中，nginx.conf 为主配置文件。配置文件中以 # 开始的行，或者是前面有若干空格或者 TAB 键，然后再跟 # 的行，都被认为是注释。这里只是了解主配置文件的结构。

Nginx 配置文件是以 block（块）形式组织，每个 block 都是以一个块名字和一对大括号 “{}” 表示组成，block 分为几个层级，整个配置文件为 main 层级，即最大的层级；在 mai

n 层级下可以有 event、http 、mail 等层级，而 http 中又会有 server block，server block中可以包含 location block。即块之间是可以嵌套的，内层块继承外层块。最基本的配置

项语法格式是“配置项名配置项值1 配置项值2 配置项值3

... ”；

每个层级可以有自己的指令（Directive），例如 worker_processes 是一个main层级指令，它指定 Nginx 服务的 Worker 进程数量。有的指令只能在一个层级中配置，如worker_p

rocesses 只能存在于 main 中，而有的指令可以存在于多个层级，在这种情况下，子 block 会继承父 block 的配置，同时如果子block配置了与父block不同的指令，则会覆盖掉父

block 的配置。指令的格式是“指令名参数1 参数2 … 参数N;”，注意参数间可用任意数量空格分隔，最后要加分号。

下图是 Nginx 配置文件通常结构图示。

Nginx 服务的基本配置项

Nginx 服务运行时，需要加载几个核心模块和一个事件模块，这些模块运行时所支持的配置项称为基本配置；基本配置项大概可分为以下四类：

用于调试、定位的配置项；

正常运行的必备配置项；

优化性能的配置项；

事件类配置项；

各个配置项的具体实现如下：

/* Nginx 服务基本配置项 */

/* 用于调试、定位的配置项 */

#以守护进程 Nginx 运行方式

#语法：daemon off | on;

#默认：daemon on;

#master / worker 工作方式

#语法：master_process on | off;

#默认：master_process on;

#error 日志设置

# 路径错误级别

#语法：error_log /path/file level;

#默认：error_log logs/error.log error;

#其中/path/file是一个具体文件；level是日志的输出级别，其取值如下：

# debug info notice warn error crit alert emerg

#从左至右级别增大；若设定一个级别后，则在输出的日志文件中只输出级别大于或等于已设定的级别；

#处理特殊调试点

#语法：debug_points [stop | abort]

#这个设置是来跟踪调试 Nginx 的；

#仅对指定的客户端输出 debug 级别的日志

#语法：debug_connection [IP | DIR]

#限制 coredump 核心转储文件的大小

#语法：worker_rlimit_core size;

#指定 coredump 文件的生成目录

#语法：working_directory path;

/* 正常运行的配置项 */

#定义环境变量

#语法：env VAR | VAR=VALUE;

#VAR 是变量名，VALUE 是目录；

#嵌入其他配置文件

#语法：include /path/file;

#include 配置项可以将其他配置文件嵌入到 Nginx 的 nginx.conf 文件中；

#pid 的文件路径

#语法：pid path/file;

#默认：pid logs/nginx.pid;

#保存 master 进程 ID 的 pid 文件存放路径；

#Nginx worker 运行的用户及用户组

#语法：user username [groupname];

#默认：user nobody nobody;

#指定 Nginx worker进程可打开最大句柄个数

#语法：worker_rlimit_nofile limit;

#限制信号队列

#语法：worker_rlimit_sigpending limit;

#设置每个用户发给 Nginx 的信号队列大小，超出则丢弃；

/* 优化性能配置项 */

#Nginx worker 进程的个数

#语法：worker_process number;

#默认：worker_process 1;

#绑定 Nginx worker 进程到指定的 CPU 内核

#语法：worker_cpu_affinity cpumask [cpumask...]

#SSL 硬件加速

#语法：ssl_engine device;

#系统调用 gettimeofday 的执行频率

#语法：timer_resolution t;

#Nginx worker 进程优先级设置

#语法：worker_priority nice;

#默认：worker_priority 0;

/* 事件类配置项 */

#一般有以下几种配置：

#1、是否打开accept锁

# 语法格式：accept_mutex [on | off];

#2、lock文件的路径

# 语法格式：lock_file path/file;

#3、使用accept锁后到真正建立连接之间的延迟时间

# 语法格式：accept_mutex_delay Nms;

#4、批量建立新连接

# 语法格式：multi_accept [on | off];

#5、选择事件模型

#6、每个worker进行的最大连接数

# 语法格式：worker_connections number;

HTTP 核心模块的配置

具体可以参看《Nginx 中 HTTP 核心模块配置》

/* HTTP 核心模块配置的功能 */

/* 虚拟主机与请求分发 */

#监听端口

# 默认：listen:80;

# 说明：

# default或default_server：将所在的server块作为web服务的默认server块；当请求无法匹配配置文件中的所有主机名时，就会选择默认的虚拟主机；

# backlog=num：表示 TCP 中backlog队列存放TCP新连接请求的大小，默认是-1，表示不予设置；

# rcvbuf=size：设置监听句柄SO_RCVBUF的参数；

# sndbuf=size：设置监听句柄SO_SNDBUF的参数；

# accept_filter：设置accept过滤器，只对FreeBSD操作系统有用；

# deferred：设置该参数后，若用户发起TCP连接请求，并且完成TCP三次握手，但是若用户没有发送数据，则不会唤醒worker进程，直到发送数据；

# bind：绑定当前端口 / 地址对，只有同时对一个端口监听多个地址时才会生效；

# ssl：在当前端口建立的连接必须基于ssl协议；

#配置块范围：server

#主机名称

#语法：server_name name[...];

#默认：server_name "";

#配置块范围：server

#server name 是使用散列表存储的

#每个散列桶占用内存大小

#语法：server_names_hash_bucket_size size;

#默认：server_names_hash_bucker_size 32|64|128;

#散列表最大bucket数量

#语法：server_names_hash_max_size size;

#默认：server_names_hash_max_size 512;

#默认：server_name_in_redirect on;

#配置块范围：server、http、location

#处理重定向主机名

#语法：server_name_in_redirect on | off;

#默认：server_name_in_redirect on;

#配置块范围：server、http、location

#location语法：location[= | ~ | ~* | ^~ | @] /uri/ {}

#配置块范围：server

#location尝试根据用户请求中的URI来匹配 /uri表达式，若匹配成功，则执行{}里面的配置来处理用户请求

#以下是location的一般配置项

#1、以root方式设置资源路径

# 语法格式：root path;

#2、以alias方式设置资源路径

# 语法格式：alias path;

#3、访问首页

# 语法格式：index file...;

#4、根据HTTP返回码重定向页面

# 语法格式：error_page code [code...] [= | =answer-code] uri | @named_location;

#5、是否允许递归使用error_page

# 语法格式：recursive_error_pages [on | off];

#6、try_files

# 语法格式：try_files path1 [path2] uri;

/* 文件路径的定义 */

#root方式设置资源路径

#语法：root path;

#默认：root html;

#配置块范围：server、http、location、if

#以alias方式设置资源路径

#语法：alias path;

#配置块范围：location

#访问主页

#语法：index file...;

#默认：index index.html;

#配置块范围：http、server、location

#根据HTTP返回码重定向页面

# 语法：error_page code [code...] [= | =answer-code] uri | @named_location;

#配置块范围：server、http、location、if

#是否允许递归使用error_page

# 语法：recursive_error_pages [on | off];

#配置块范围：http、server、location

#try_files

# 语法：try_files path1 [path2] uri;

#配置块范围：server、location

/* 内存及磁盘资源分配 */

# HTTP 包体只存储在磁盘文件中

# 语法：client_body_in_file_only on | clean | off;

# 默认：client_body_in_file_only off;

# 配置块范围：http、server、location

# HTTP 包体尽量写入到一个内存buffer中

# 语法：client_body_single_buffer on | off;

# 默认：client_body_single_buffer off;

# 配置块范围：http、server、location

# 存储 HTTP 头部的内存buffer大小

# 语法：client_header_buffer_size size;

# 默认：client_header_buffer_size 1k;

# 配置块范围：http、server

# 存储超大 HTTP 头部的内存buffer大小

# 语法：large_client_header_buffer_size number size;

# 默认：large_client_header_buffer_size 4 8k;

# 配置块范围：http、server

# 存储 HTTP 包体的内存buffer大小

# 语法：client_body_buffer_size size;

# 默认：client_body_buffer_size 8k/16k;

# 配置块范围：http、server、location

# HTTP 包体的临时存放目录

# 语法：client_body_temp_path dir-path [level1 [level2 [level3]]];

# 默认：client_body_temp_path client_body_temp;

# 配置块范围：http、server、location

# 存储 TCP 成功建立连接的内存池大小

# 语法：connection_pool_size size;

# 默认：connection_pool_size 256;

# 配置块范围：http、server

# 存储 TCP 请求连接的内存池大小

# 语法：request_pool_size size;

# 默认：request_pool_size 4k;

# 配置块范围：http、server

/* 网络连接设置 */

# 读取 HTTP 头部的超时时间

# 语法：client_header_timeout time;

# 默认：client_header_timeout 60;

# 配置块范围：http、server、location

# 读取 HTTP 包体的超时时间

# 语法：client_body_timeout time;

# 默认：client_body_timeout 60;

# 配置块范围：http、server、location

# 发送响应的超时时间

# 语法：send_timeout time;

# 默认：send_timeout 60;

# 配置块范围：http、server、location

# TCP 连接的超时重置

# 语法：reset_timeout_connection on | off;

# 默认：reset_timeout_connection off;

# 配置块范围：http、server、location

# 控制关闭 TCP 连接的方式

# 语法：lingering_close off | on | always;

# 默认：lingering_close on;

# 配置块范围：http、server、location

# always 表示关闭连接之前无条件处理连接上所有用户数据；

# off 表示不处理；on 一般会处理；

# lingering_time

# 语法：lingering_time time;

# 默认：lingering_time 30s;

# 配置块范围：http、server、location

# lingering_timeout

# 语法：lingering_timeout time;

# 默认：lingering_time 5s;

# 配置块范围：http、server、location

# 对某些浏览器禁止keepalive功能

# 语法：keepalive_disable [mise6 | safari | none]...

# 默认：keepalive_disable mise6 safari;

# 配置块范围：http、server、location

# keepalive超时时间

# 语法：keepalive_timeout time;

# 默认：keepalive_timeout 75;

# 配置块范围：http、server、location

# keepalive长连接上允许最大请求数

# 语法：keepalive_requests n;

# 默认：keepalive_requests 100;

# 配置块范围：http、server、location

# tcp_nodelay

# 语法：tcp_nodelay on | off;

# 默认：tcp_nodelay on;

# 配置块范围：http、server、location

# tcp_nopush

# 语法：tcp_nopush on | off;

# 默认：tcp_nopush off;

# 配置块范围：http、server、location

/* MIME 类型设置 */

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