为什么nginx性能如此出色?

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    nginx的高性能在业界已是众人皆知了，性能究竟有多高?官方测试Nginx能够支持5万并发连接，在实际生产环境中可支持2~4万并发的连接数是没有啥问题的。根据实战Nginx书中描写，同等硬件环境下，Nginx的处理能力相当于Apache的5~10倍。而这么高的性能，与其架构是分不开的。

    nginx在启动后，在unix系统中会以daemon的方式在后台运行，后台进程包括1个master进程和多个worker进程。master进程主要用来管理worker进程，包括：接收来自外界的信号、向各worker进程发送信号和监控worker进程的运行状态等。当worker进程退出后(异常情况下)，会自动重新启动新的worker进程。而基本的网络事件，则是放在worker进程中来处理了。多个worker进程之间是对等的，他们同等竞争来自客户真个要求，各进程相互之间是独立的。1个要求，只可能在1个worker进程中处理，1个worker进程，不可能处理其它进程的要求。worker进程的个数是可以设置的，1般我们会设置与机器cpu核数1致，这里面的缘由与nginx的进程模型和事件处理模型是分不开的。

    nginx的进程模型，可以由下图来表示：

    从上图中我们可以看到，master来管理worker进程，所以我们只需要与master进程通讯就好了。master进程会接收来自外界发来的信号，再根据信号做不同的事情。所以我们要控制nginx，只需要通过kill向master进程发送信号就好了。

    那末，worker进行又是如何处理要求的呢？前面有提到，worker进程之间是同等的，每一个进程，处理要求的机会也是1样的。首先，每一个worker进程都是从master进程fork过来，在master进程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）以后，然后再fork出多个worker进程。所有worker进程的listenfd会在新连接到来时变得可读，为保证只有1个进程处理该连接，所有worker进程在注册listenfd读事件前抢accept_mutex，抢到互斥锁的那个进程注册listenfd读事件，在读事件里调用accept接受该连接。当1个worker进程在accept这个连接以后，就开始读取要求，解析要求，处理要求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接，这样1个完全的要求就是这样的了。我们可以看到，1个要求，完全由worker进程来处理，而且只在1个worker进程中处理。

    nginx采取这类进程模型有甚么好处呢？固然，好处肯定会很多了。首先，对每一个worker进程来讲，独立的进程，不需要加锁，所以省掉了锁带来的开消，同时在编程和问题查找时，也会方便很多。其次，采取独立的进程，可让相互之间不会影响，1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。固然，worker进程的异常退出，肯定是程序有bug了，异常退出，会致使当前worker上的所有要求失败，不过不会影响到所有要求，所以下降了风险。固然，好处还有很多，大家可以渐渐体会。

    到这里，有人可能要问了，nginx采取多worker的方式来处理要求，每一个worker里面只有1个主线程，那能够处理的并发数很有限啊，多少个worker就可以处理多少个并发，何来高并发呢？非也，这就是nginx的高明的地方，nginx采取了异步非阻塞的方式来处理要求，也就是说，nginx是可以同时处理不计其数个要求的。想一想apache的经常使用工作方式（apache也有异步非阻塞版本，但因其与自带某些模块冲突，所以不经常使用），每一个要求会独占1个工作线程，当并发数上到几千时，就同时有几千的线程在处理要求了。这对操作系统来讲，是个不小的挑战，线程带来的内存占用非常大，线程的上下文切换带来的cpu开消很大，自然性能就上不去了，而这些开消完全是没成心义的。

    作甚异步非阻塞？我们先回到原点，看看1个要求的完全进程。首先，要求过来，要建立连接，然后再接收数据，接收数据后，再发送数据。具体到系统底层，就是读写事件，而当读写事件没有准备好时，必定不可操作，如果不用非阻塞的方式来调用，那就得阻塞调用了，事件没有准备好，那就只能等了，等事件准备好了，你再继续吧。阻塞调用会进入内核等待，cpu就会让出去给他人用了，对单线程的worker来讲，明显不适合，当网络事件越多时，大家都在等待呢，cpu空闲下来没人用，cpu利用率自然上不去了，更别谈高并发了。好吧，你说加进程数，这跟apache的线程模型有甚么区分？注意，别增加无谓的上下文切换。所以，在nginx里面，最忌讳阻塞的系统调用了。不要阻塞，那就非阻塞喽。非阻塞就是，事件没有准备好，马上返回EAGAIN，告知你，事件还没准备好呢，你慌甚么，过会再来吧。好吧，你过1会，再来检查1下事件，直到事件准备好了为止，在这期间，你就能够先去做其它事情，然后再来看看事件好了没。虽然不阻塞了，但你得不时地过来检查1下事件的状态，你可以做更多的事情了，但带来的开消也是不小的。所以，才会有了异步非阻塞的事件处理机制，具体到系统调用就是像select/poll/epoll/kqueue这样的系统调用。它们提供了1种机制，让你可以同时监控多个事件，调用他们是阻塞的，但可以设置超时时间，在超时时间以内，如果有事件准备好了，就返回。这类机制正好解决了我们上面的两个问题，拿epoll为例(在后面的例子中，我们多以epoll为例子，以代表这1类函数)，当事件没准备好时，放到epoll里面，事件准备好了，我们就去读写，当读写返回EAGAIN时，我们将它再次加入到epoll里面。这样，只要有事件准备好了，我们就去处理它，只有当所有事件都没准备好时，才在epoll里面等着。这样，我们就能够并发处理大量的并发了，固然，这里的并发要求，是指未处理完的要求，线程只有1个，所以同时能处理的要求固然只有1个了，只是在要求间进行不断地切换而已，切换也是由于异步事件未准备好，而主动让出的。这里的切换是没有任何代价，你可以理解为循环处理多个准备好的事件，事实上就是这样的。与多线程相比，这类事件处理方式是有很大的优势的，不需要创建线程，每一个要求占用的内存也很少，没有上下文切换，事件处理非常的轻量级。并发数再多也不会致使无谓的资源浪费（上下文切换）。更多的并发数，只是会占用更多的内存而已。 

    现在的网络服务器基本都采取这类方式，这也是nginx性能高效的主要缘由。

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