12-网络收发与Nginx事件模型

2019-12-03

字数统计: 1.6k字 | 阅读时长: 5分

× 文章目录

1. 前言
2. 网络收发
3. Nginx网络事件实例演示
4. Nginx事件驱动模型
5. epoll的优势及原理
6. Nginx请求切换场景使用epoll带来的争议
7. 同步&异步阻塞&非阻塞之间的区别

Author: haoransun
Wechat: SHR—97

学习来源：极客时间-Nginx核心知识100讲，本人购买课程后依据视频讲解汇总成个人见解。

前言

Nginx是一个事件驱动的框架。事件主要指的是网络事件。Nginx每个连接会自然对应两个网络事件，读事件 与 写事件。因此，我们在深入了解Nginx的各种原理以及它在极端场景下的各种错误处理时，必须首先理解什么是网络事件。

网络收发

网络传输

TCP流与报文

TCP协议与非阻塞接口

Nginx网络事件实例演示

访问 116.62.160.193:8080 这是一个之前搭建的Nginx-Web静态资源服务器.

同时要安装 Wireshark网络抓包器。

TCP三次握手时会发送 SYN、SYN+ACK、ACK包

TCP层主要是做进程与进程间的通讯，本地打开1875端口，远程是8080端口

IP层主要解决机器之间互相找到的问题。本地IP是 192.168.74.142，远端Nginx所在IP是 116.62.160.193

Nginx事件驱动模型

在了解了网络事件以及事件分发、收集器后，再来学习Nginx是如何处理事件的。

Nginx事件循环

流程：
当Nginx刚刚启动时，处于 WAIT FOR EVENTS ON CONNECTIONS状态，即我们打开了80、443端口后，等待新的事件进来（如新的客户端连上了Nginx,向我们发起了连接）。这一步对应着 epoll中的 epoll_wait方法。Nginx是处于Sleep进程状态。

当操作系统收到了一个建立连接的TCP握手报文并处理完成后，操作系统就会通知epoll_wait阻塞方法，告之可以往下走了（找操作系统要事件），并且唤醒我们的Nginx-Worker进程。

Kernel 即操作系统内核会将事件放入到事件队列中。从事件队列中，Nginx可以获取到要处理事件，如建立连接、TCP请求报文等。取出来后就会处理对应的事件，进入 PROCESS THE EVENTS QUEUE CIRCLE，即右边的图。

队列不为空，就将事件取出来进行处理。在处理事件的过程中可能会生成一些新的事件（如：新连接建立，要设置一个超时时间，超时时间后，浏览器不向我发送新的请求，我就关闭它。又比如：当收完完整的HTTP请求后，可以进行HTTP响应了，这个响应是需要我可以向操作系统的写缓存区中把响应写进来的，要求操作系统尽快把这样一段写的内容发回给浏览器，即期待一个写事件等等）。

所有的事件处理完成后，又会返回到 WAIT FOR EVENTS ON CONNECTIONS状态。

知道上述流程的好处：
一些第三方模块可能会做大量的CPU运算，此类计算任务会导致我处理一个事件的时间非常长，在上述流程图中会导致后续队列中的大量事件长时间得不到处理。从而引发恶性循环，他们的超时时间可能到了，CPU都消耗到处理连接不正常的断开。

有些第三方模块长时间的消耗大量CPU进行计算任务，这是Nginx不能容忍的。gzip等模块不会一次使用大量的CPU，而是分段使用。

epoll的优势及原理

上面讨论到了Nginx事件分发机制，最关键的就是Nginx怎样快速的从操作系统的Kernel中获取到等待处理的事件。这一步经历了很长时间的解决。当下Nginx主要是使用epoll网络事件收集器模型。

各个模型性能对比

epoll

Nginx请求切换场景使用epoll带来的争议

请求切换

传统服务依赖OS，处理大量连接时很困难。
Nginx用户态即可完成切换。除非Nginx-Worker时间片到了（5ms-800ms），才会依赖OS切换，因此往往将Nginx-Worker优先级加到最高（-19），操作系统分配的时间片往往是最大的。这样能比较好的在用户态完成进程切换，使得CPU少做无用功。

同步&异步阻塞&非阻塞之间的区别

同步是两个对象之间的关系，而阻塞是一个对象的状态。

阻塞可以是实现同步的一种手段！例如两个东西需要同步，一旦出现不同步情况，我就阻塞快的一方，使双方达到同步。

阻塞调用

非阻塞调用

非阻塞调用下的同步与异步

四种组合方式

1
2
3

同步阻塞方式： 
发送方发送请求之后一直等待响应。 
接收方处理请求时进行的IO操作如果不能马上等到返回结果，就一直等到返回结果后，才响应发送方，期间不能进行其他工作。

同步非阻塞方式： 
发送方发送请求之后，一直等待响应。
接受方处理请求时进行的IO操作如果不能马上的得到结果，就立即返回，取做其他事情。 
但是由于没有得到请求处理结果，不响应发送方，发送方一直等待。
当IO操作完成以后，将完成状态和结果通知接收方，接收方再响应发送方，发送方才进入下一次请求过程。（实际不应用）

1
2
3

异步阻塞方式：
发送方向接收方请求后，不等待响应，可以继续其他工作。
接收方处理请求时进行IO操作如果不能马上得到结果，就一直等到返回结果后，才响应发送方，期间不能进行其他操作。 （实际不应用）

异步非阻塞方式： 
发送方向接收方请求后，不等待响应，可以继续其他工作。 
接收方处理请求时进行IO操作如果不能马上得到结果，也不等待，而是马上返回去做其他事情。 
当IO操作完成以后，将完成状态和结果通知接收方，接收方再响应发送方。（效率最高）

前言