前言

这篇文章主要记录下对nginx架构的学习记录。

架构设计

优秀的模块化设计

高度模块化的设计是Nginx的架构基础。在Nginx中，除了少量的核心代码，其他一切皆
为模块。

在这5种模块中，配置模块与核心模块都是与Nginx框架密切相关的，是其他模块的基
础。而事件模块则是HTTP模块和mail模块的基础，原因参见8.2.2节。HTTP模块和mail模块
的“地位”相似，它们都更关注于应用层面。在事件模块中，ngx_event_core_module事件模块
是其他所有事件模块的基础；在HTTP模块中，ngx_http_core_module模块是其他所有HTTP模
块的基础；在mail模块中，ngx_mail_core_module模块是其他所有mail模块的基础。

事件驱动架构

所谓事件驱动架构，简单来说，就是由一些事件发生源来产生事件，由一个或者多个事
件收集器来收集、分发事件，然后许多事件处理器会注册自己感兴趣的事件，同时会“消
费”这些事件。下图为Nginx处理事件的简单模型：

管理进程、多工作进程设计

Nginx采用一个master管理进程、多个worker工作进程的设计方式，如图所示：

包括完全相同的worker进程、1个可选的cache manager进程以及1个可选的
cache loader进程。

这种设计带来以下优点：
（1）利用多核系统的并发处理能力
现代操作系统已经支持多核CPU架构，这使得多个进程可以占用不同的CPU核心来工
作。如果只有一个进程在处理请求，则必然会造成CPU资源的浪费！如果多个进程间的地位
不平等，则必然会有某一级同一地位的进程成为瓶颈，因此，Nginx中所有的worker工作进
程都是完全平等的。这提高了网络性能、降低了请求的时延。
（2）负载均衡
多个worker工作进程间通过进程间通信来实现负载均衡，也就是说，一个请求到来时更
容易被分配到负载较轻的worker工作进程中处理。这将降低请求的时延，并在一定程度上提
高网络性能。
（3）管理进程会负责监控工作进程的状态，并负责管理其行为
管理进程不会占用多少系统资源，它只是用来启动、停止、监控或使用其他行为来控制
工作进程。首先，这提高了系统的可靠性，当工作进程出现问题时，管理进程可以启动新的
工作进程来避免系统性能的下降。其次，管理进程支持Nginx服务运行中的程序升级、配置
项的修改等操作，这种设计使得动态可扩展性、动态定制性、动态可进化性较容易实现。

内存池的设计

      为了避免出现内存碎片、减少向操作系统申请内存的次数、降低各个模块的开发复杂
度，Nginx设计了简单的内存池。这个内存池没有很复杂的功能：通常它不负责回收内存池
中已经分配出的内存。这种内存池最大的优点在于：把多次向系统申请内存的操作整合成一
次，这大大减少了CPU资源的消耗，同时减少了内存碎片。
       因此，通常每一个请求都有一个这种简易的独立内存池（在第9章中会看到，Nginx为每
一个TCP连接都分配了1个内存池，而在第10章和第11章，HTTP框架为每一个HTTP请求又分
配了1个内存池），而在请求结束时则会销毁整个内存池，把曾经分配的内存一次性归还给
操作系统。这种设计大大提高了模块开发的简单性（如在前几章中开发HTTP模块时，申请
内存后都不用关心它释放的问题），而且因为分配内存次数的减少使得请求执行的时延得到
了降低，同时，通过减少内存碎片，提高了内存的有效利用率和系统可处理的并发连接数，
从而增强了网络性能。

使用统一管道过滤器模式的HTTP过滤模块

     有一类HTTP模块被命名为HTTP过滤模块，其中每一个过滤模块都有输入端和输出端，
这些输入端和输出端都具有统一的接口。这些过滤模块将按照configure执行时决定的顺序组
成一个流水线式的加工HTTP响应的中心，每一个过滤模块都是完全独立的，它处理着输入
端接收到的数据，并由输出端传递给下一个过滤模块。每一个过滤模块都必须可以增量地处
理数据，也就是说能够正确处理完整数据流的一部分。
     这种统一管理过滤器的设计方式的好处非常明显：首先它允许把整个HTTP过滤系统的
输入/输出简化为一个个过滤模块的简单组合，这大大提高了简单性；其次，它提供了很好
的可重用性，任意两个HTTP过滤模块都可以连接在一起（在可允许的范围内）；再次，整
个过滤系统非常容易维护、增强。例如，开发了一个新的过滤模块后，可以非常方便地添加
到过滤系统中，这是一种高可扩展性。又如，旧的过滤模块可以很容易地被升级版的过滤模
块所替代，这是一种高可进化性；接着，它在可验证性和可测试性上非常友好，我们可以灵
活地变动这个过滤模块流水线来验证功能；最后，这样的系统完全支持并发执行。

其他一些用户模块

      Nginx还有许多特定的用户模块。例如，ngx_http_stub_status_module模块提供对所有HTTP连接状态的监控，这就提高了系统可见性。而ngx_http_gzip_filter_module过滤模块和ngx_http_gzip_static_module模块使得相同的吞吐量传送了更多的信息，自然也就提高了网络效率。我们也可以开发这样的模块，让Nginx变得更好。

      后续再对nginx架构各块原理进行更细化的学习。

参考书籍：《深入理解Nginx模块开发与架构解析第2版》