Nginx 核心架构设计和原理

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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 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。

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以下是 Nginx 的主要架构组件和工作原理:

  1. 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。
  1. 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。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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

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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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
责任编辑:武晓燕 来源: 码哥字节
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