Nginx 以其高性能床玻，穩(wěn)定性毁涉，豐富的功能，簡(jiǎn)單的配置和低資源消耗而聞名锈死。本文從底層原理分析 Nginx 為什么這么快贫堰！
Nginx 的進(jìn)程模型
Nginx 服務(wù)器，正常運(yùn)行過(guò)程中：
多進(jìn)程：一個(gè) Master 進(jìn)程待牵、多個(gè) Worker 進(jìn)程其屏。Java面試寶典PDF完整版
Master 進(jìn)程：管理 Worker 進(jìn)程。對(duì)外接口：接收外部的操作（信號(hào)）缨该；對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)外部的操作的不同偎行，通過(guò)信號(hào)管理 Worker；監(jiān)控：監(jiān)控 Worker 進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)贰拿，Worker 進(jìn)程異常終止后蛤袒，自動(dòng)重啟 Worker 進(jìn)程。
Worker 進(jìn)程：所有 Worker 進(jìn)程都是平等的壮不。實(shí)際處理：網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求汗盘，由 Worker 進(jìn)程處理皱碘。Worker 進(jìn)程數(shù)量：在 nginx.conf 中配置询一，一般設(shè)置為核心數(shù)，充分利用 CPU 資源，同時(shí)健蕊，避免進(jìn)程數(shù)量過(guò)多菱阵，避免進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng) CPU 資源，增加上下文切換的損耗缩功。
思考：
請(qǐng)求是連接到 Nginx晴及，Master 進(jìn)程負(fù)責(zé)處理和轉(zhuǎn)發(fā)？
如何選定哪個(gè) Worker 進(jìn)程處理請(qǐng)求嫡锌？請(qǐng)求的處理結(jié)果虑稼，是否還要經(jīng)過(guò) Master 進(jìn)程？
HTTP 連接建立和請(qǐng)求處理過(guò)程
HTTP 連接建立和請(qǐng)求處理過(guò)程如下：
Nginx 啟動(dòng)時(shí)势木，Master 進(jìn)程蛛倦，加載配置文件。
Master 進(jìn)程啦桌，初始化監(jiān)聽(tīng)的 Socket溯壶。
Master 進(jìn)程，F(xiàn)ork 出多個(gè) Worker 進(jìn)程甫男。
Worker 進(jìn)程且改，競(jìng)爭(zhēng)新的連接，獲勝方通過(guò)三次握手板驳，建立 Socket 連接又跛，并處理請(qǐng)求。
Nginx 高性能若治、高并發(fā)
Nginx 為什么擁有高性能并且能夠支撐高并發(fā)效扫？
Nginx 采用多進(jìn)程+異步非阻塞方式（IO 多路復(fù)用 Epoll）。
請(qǐng)求的完整過(guò)程：建立連接→讀取請(qǐng)求→解析請(qǐng)求→處理請(qǐng)求→響應(yīng)請(qǐng)求直砂。
請(qǐng)求的完整過(guò)程對(duì)應(yīng)到底層就是：讀寫(xiě) Socket 事件菌仁。
Nginx 的事件處理模型
Request：Nginx 中 HTTP 請(qǐng)求。
基本的 HTTP Web Server 工作模式：
接收請(qǐng)求：逐行讀取請(qǐng)求行和請(qǐng)求頭静暂，判斷段有請(qǐng)求體后济丘，讀取請(qǐng)求體。
處理請(qǐng)求洽蛀。
返回響應(yīng)：根據(jù)處理結(jié)果摹迷，生成相應(yīng)的 HTTP 請(qǐng)求（響應(yīng)行、響應(yīng)頭郊供、響應(yīng)體）峡碉。
Nginx 也是這個(gè)套路，整體流程一致：
模塊化體系結(jié)構(gòu)
Nginx 的模塊根據(jù)其功能基本上可以分為以下幾種類(lèi)型：
①event module：搭建了獨(dú)立于操作系統(tǒng)的事件處理機(jī)制的框架驮审，及提供了各具體事件的處理鲫寄。包括 ngx_events_module吉执，ngx_event_core_module 和 ngx_epoll_module 等。
Nginx 具體使用何種事件處理模塊地来，這依賴(lài)于具體的操作系統(tǒng)和編譯選項(xiàng)戳玫。
②phase handler：此類(lèi)型的模塊也被直接稱(chēng)為 handler 模塊。主要負(fù)責(zé)處理客戶(hù)端請(qǐng)求并產(chǎn)生待響應(yīng)內(nèi)容未斑，比如 ngx_http_static_module 模塊咕宿，負(fù)責(zé)客戶(hù)端的靜態(tài)頁(yè)面請(qǐng)求處理并將對(duì)應(yīng)的磁盤(pán)文件準(zhǔn)備為響應(yīng)內(nèi)容輸出。
③output filter：也稱(chēng)為 filter 模塊蜡秽，主要是負(fù)責(zé)對(duì)輸出的內(nèi)容進(jìn)行處理府阀，可以對(duì)輸出進(jìn)行修改。
例如芽突，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的所有 html 頁(yè)面增加預(yù)定義的 footbar 一類(lèi)的工作肌似，或者對(duì)輸出的圖片的 URL 進(jìn)行替換之類(lèi)的工作。
④upstream：upstream 模塊實(shí)現(xiàn)反向代理的功能诉瓦，將真正的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到后端服務(wù)器上川队，并從后端服務(wù)器上讀取響應(yīng)，發(fā)回客戶(hù)端睬澡。
upstream 模塊是一種特殊的 handler固额，只不過(guò)響應(yīng)內(nèi)容不是真正由自己產(chǎn)生的，而是從后端服務(wù)器上讀取的煞聪。
⑤load-balancer：負(fù)載均衡模塊斗躏，實(shí)現(xiàn)特定的算法，在眾多的后端服務(wù)器中昔脯，選擇一個(gè)服務(wù)器出來(lái)作為某個(gè)請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器啄糙。
常見(jiàn)問(wèn)題剖析
Nginx vs Apache
Nginx：
IO 多路復(fù)用，Epoll（freebsd 上是 kqueue）
高性能
高并發(fā)
占用系統(tǒng)資源少
Apache：
阻塞+多進(jìn)程/多線(xiàn)程
更穩(wěn)定云稚，Bug 少
模塊更豐富
參考文章：
Nginx 最大連接數(shù)
基礎(chǔ)背景：
Nginx 是多進(jìn)程模型隧饼，Worker 進(jìn)程用于處理請(qǐng)求。
單個(gè)進(jìn)程的連接數(shù)（文件描述符 fd）静陈，有上限（nofile）：ulimit -n燕雁。
Nginx 上配置單個(gè) Worker 進(jìn)程的最大連接數(shù)：worker_connections 上限為 nofile。
Nginx 上配置 Worker 進(jìn)程的數(shù)量：worker_processes鲸拥。
因此拐格，Nginx 的最大連接數(shù)：
Nginx 的最大連接數(shù)：Worker 進(jìn)程數(shù)量 x 單個(gè) Worker 進(jìn)程的最大連接數(shù)。
上面是 Nginx 作為通用服務(wù)器時(shí)刑赶，最大的連接數(shù)捏浊。
Nginx 作為反向代理服務(wù)器時(shí)，能夠服務(wù)的最大連接數(shù)：（Worker 進(jìn)程數(shù)量 x 單個(gè) Worker 進(jìn)程的最大連接數(shù)）/ 2撞叨。
Nginx 反向代理時(shí)金踪，會(huì)建立 Client 的連接和后端 Web Server 的連接浊洞，占用 2 個(gè)連接。
思考：
每打開(kāi)一個(gè) Socket 占用一個(gè) fd热康？
為什么沛申，一個(gè)進(jìn)程能夠打開(kāi)的 fd 數(shù)量有限制劣领？
HTTP 請(qǐng)求和響應(yīng)
HTTP 請(qǐng)求：
請(qǐng)求行：method姐军、uri、http version
請(qǐng)求頭
請(qǐng)求體
HTTP 響應(yīng)：
響應(yīng)行：http version尖淘、status code
響應(yīng)頭
響應(yīng)體
IO 模型
處理多個(gè)請(qǐng)求時(shí)奕锌，可以采用：IO 多路復(fù)用或者阻塞 IO+多線(xiàn)程：
IO 多路復(fù)用：一個(gè)線(xiàn)程，跟蹤多個(gè) Socket 狀態(tài)村生，哪個(gè)就緒惊暴，就讀寫(xiě)哪個(gè)。
阻塞 IO+多線(xiàn)程：每一個(gè)請(qǐng)求趁桃，新建一個(gè)服務(wù)線(xiàn)程辽话。
IO 多路復(fù)用和多線(xiàn)程的適用場(chǎng)景？
IO 多路復(fù)用：?jiǎn)蝹€(gè)連接的請(qǐng)求處理速度沒(méi)有優(yōu)勢(shì)卫病。
大并發(fā)量：只使用一個(gè)線(xiàn)程油啤，處理大量的并發(fā)請(qǐng)求，降低上下文環(huán)境切換損耗蟀苛，也不需要考慮并發(fā)問(wèn)題益咬，相對(duì)可以處理更多的請(qǐng)求。
消耗更少的系統(tǒng)資源（不需要線(xiàn)程調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)）帜平。
適用于長(zhǎng)連接的情況（多線(xiàn)程模式長(zhǎng)連接容易造成線(xiàn)程過(guò)多幽告，造成頻繁調(diào)度）。
阻塞 IO +多線(xiàn)程：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單裆甩，可以不依賴(lài)系統(tǒng)調(diào)用冗锁。
每個(gè)線(xiàn)程，都需要時(shí)間和空間嗤栓。
線(xiàn)程數(shù)量增長(zhǎng)時(shí)蒿讥，線(xiàn)程調(diào)度開(kāi)銷(xiāo)指數(shù)增長(zhǎng)。
select/poll 和 epoll 比較如下：
詳細(xì)內(nèi)容抛腕，參考：
select/poll 系統(tǒng)調(diào)用：
// select 系統(tǒng)調(diào)用
int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);
// poll 系統(tǒng)調(diào)用
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)芋绸；
復(fù)制代碼
select：
查詢(xún) fd_set 中，是否有就緒的 fd担敌，可以設(shè)定一個(gè)超時(shí)時(shí)間摔敛，當(dāng)有 fd (File descripter) 就緒或超時(shí)返回。
fd_set 是一個(gè)位集合全封，大小是在編譯內(nèi)核時(shí)的常量马昙，默認(rèn)大小為 1024桃犬。
特點(diǎn)：連接數(shù)限制，fd_set 可表示的 fd 數(shù)量太小了行楞；線(xiàn)性?huà)呙瑁号袛?fd 是否就緒攒暇，需要遍歷一邊 fd_set；數(shù)據(jù)復(fù)制：用戶(hù)空間和內(nèi)核空間子房，復(fù)制連接就緒狀態(tài)信息形用。
poll：
解決了連接數(shù)限制：poll 中將 select 中的 fd_set 替換成了一個(gè) pollfd 數(shù)組，解決 fd 數(shù)量過(guò)小的問(wèn)題证杭。
數(shù)據(jù)復(fù)制：用戶(hù)空間和內(nèi)核空間田度，復(fù)制連接就緒狀態(tài)信息。
epoll解愤，event 事件驅(qū)動(dòng)：
事件機(jī)制：避免線(xiàn)性?huà)呙枵蚪龋瑸槊總€(gè) fd，注冊(cè)一個(gè)監(jiān)聽(tīng)事件送讲，fd 變更為就緒時(shí)奸笤，將 fd 添加到就緒鏈表。
fd 數(shù)量：無(wú)限制（OS 級(jí)別的限制哼鬓，單個(gè)進(jìn)程能打開(kāi)多少個(gè) fd）监右。
select，poll魄宏，epoll：
I/O 多路復(fù)用的機(jī)制秸侣。
I/O 多路復(fù)用就通過(guò)一種機(jī)制，可以監(jiān)視多個(gè)描述符宠互，一旦某個(gè)描述符就緒（一般是讀就緒或者寫(xiě)就緒）味榛，能夠通知程序進(jìn)行相應(yīng)的讀寫(xiě)操作；監(jiān)視多個(gè)文件描述符予跌。
但 select搏色，poll，epoll 本質(zhì)上都是同步 I/O：用戶(hù)進(jìn)程負(fù)責(zé)讀寫(xiě)（從內(nèi)核空間拷貝到用戶(hù)空間）券册，讀寫(xiě)過(guò)程中频轿，用戶(hù)進(jìn)程是阻塞的；異步 IO烁焙，無(wú)需用戶(hù)進(jìn)程負(fù)責(zé)讀寫(xiě)航邢，異步 IO，會(huì)負(fù)責(zé)從內(nèi)核空間拷貝到用戶(hù)空間骄蝇。
Nginx 的并發(fā)處理能力
關(guān)于 Nginx 的并發(fā)處理能力：并發(fā)連接數(shù)膳殷，一般優(yōu)化后，峰值能保持在 1~3w 左右九火。（內(nèi)存和 CPU 核心數(shù)不同赚窃，會(huì)有進(jìn)一步優(yōu)化空間）册招。Java面試寶典PDF完整版
