Linux2.6版本之前还存在对于socket的accept的惊群现象。之后的版本已经解决掉了这个问题。
惊群是指多个进程/线程在等待同一资源时,每当资源可用,所有的进程/线程都来竞争资源的现象。
Nginx采用的是多进程的模式。假设Linux系统是2.6版本以前,当有一个客户端要连到Nginx服务器上,Nginx的N个进程都会去监听socket的accept的,如果全部的N个进程都对这个客户端的socket连接进行了监听,就会造成资源的竞争甚至数据的错乱。我们要保证的是,一个链接在Nginx的一个进程上处理,包括accept和read/write事件。
Nginx解决惊群和进程负载均衡处理的要点
1. Nginx的N个进程会争抢文件锁,当只有拿到文件锁的进程,才能处理accept的事件。
2. 没有拿到文件锁的进程,只能处理当前连接对象的read事件
3. 当单个进程总的connection连接数达到总数的7/8的时候,就不会再接收新的accpet事件。
4. 如果拿到锁的进程能很快处理完accpet,而没拿到锁的一直在等待(等待时延:ngx_accept_mutex_delay),容易造成进程忙的很忙,空的很空
具体的实现
ngx_process_events_and_timers 进程事件分发器
此方法为进程实现的核心函数。主要作用:事件分发;惊群处理;简单的负载均衡。
负载均衡:
1. 当事件配置初始化的时候,会设置一个全局变量:ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8 - ngx_cycle->free_connection_n;
2. 当ngx_accept_disabled为正数的时候,connection达到连接总数的7/8的时候,就不再处理新的连接accept事件,只处理当前连接的read事件
惊群处理:
1. 通过ngx_trylock_accept_mutex争抢文件锁,拿到文件锁的,才可以处理accept事件。
2. ngx_accept_mutex_held是拿到锁的一个标志,当拿到锁了,flags会被设置成NGX_POST_EVENTS,这个标志会在事件处理函数ngx_process_events中将所有事件(accept和read)放入对应的ngx_posted_accept_events和ngx_posted_events队列中进行延后处理。
3. 当没有拿到锁,调用事件处理函数ngx_process_events的时候,可以明确都是read的事件,所以可以直接调用事件ev->handler方法回调处理。
4. 拿到锁的进程,接下来会优先处理ngx_posted_accept_events队列上的accept事件,处理函数:ngx_event_process_posted
5. 处理完accept事件后,就将文件锁释放
6. 接下来处理ngx_posted_events队列上的read事件,处理函数:ngx_event_process_posted
/** * 进程事件分发器 */ void ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle) { ngx_uint_t flags; ngx_msec_t timer, delta; if (ngx_timer_resolution) { timer = NGX_TIMER_INFINITE; flags = 0; } else { timer = ngx_event_find_timer(); flags = NGX_UPDATE_TIME; #if (NGX_WIN32) /* handle signals from master in case of network inactivity */ if (timer == NGX_TIMER_INFINITE || timer > 500) { timer = 500; } #endif } /** * ngx_use_accept_mutex变量代表是否使用accept互斥体 * 默认是使用,可以通过accept_mutex off;指令关闭; * accept mutex 的作用就是避免惊群,同时实现负载均衡 */ if (ngx_use_accept_mutex) { /** * ngx_accept_disabled = ngx_cycle->connection_n / 8 - ngx_cycle->free_connection_n; * 当connection达到连接总数的7/8的时候,就不再处理新的连接accept事件,只处理当前连接的read事件 * 这个是比较简单的一种负载均衡方法 */ if (ngx_accept_disabled > 0) { ngx_accept_disabled--; } else { /* 获取锁失败 */ if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR) { return; } /* 拿到锁 */ if (ngx_accept_mutex_held) { /** * 给flags增加标记NGX_POST_EVENTS,这个标记作为处理时间核心函数ngx_process_events的一个参数,这个函数中所有事件将延后处理。 * accept事件都放到ngx_posted_accept_events链表中, * epollin|epollout普通事件都放到ngx_posted_events链表中 **/ flags |= NGX_POST_EVENTS; } else { /** * 1. 获取锁失败,意味着既不能让当前worker进程频繁的试图抢锁,也不能让它经过太长事件再去抢锁 * 2. 开启了timer_resolution时间精度,需要让ngx_process_change方法在没有新事件的时候至少等待ngx_accept_mutex_delay毫秒之后再去试图抢锁 * 3. 没有开启时间精度时,如果最近一个定时器事件的超时时间距离现在超过了ngx_accept_mutex_delay毫秒,也要把timer设置为ngx_accept_mutex_delay毫秒 * 4. 不能让ngx_process_change方法在没有新事件的时候等待的时间超过ngx_accept_mutex_delay,这会影响整个负载均衡机制 * 5. 如果拿到锁的进程能很快处理完accpet,而没拿到锁的一直在等待,容易造成进程忙的很忙,空的很空 */ if (timer == NGX_TIMER_INFINITE || timer > ngx_accept_mutex_delay) { timer = ngx_accept_mutex_delay; } } } } delta = ngx_current_msec; /** * 事件调度函数 * 1. 当拿到锁,flags=NGX_POST_EVENTS的时候,不会直接处理事件, * 将accept事件放到ngx_posted_accept_events,read事件放到ngx_posted_events队列 * 2. 当没有拿到锁,则处理的全部是read事件,直接进行回调函数处理 * 参数:timer-epoll_wait超时时间 (ngx_accept_mutex_delay-延迟拿锁事件 NGX_TIMER_INFINITE-正常的epollwait等待事件) */ (void) ngx_process_events(cycle, timer, flags); delta = ngx_current_msec - delta; ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "timer delta: %M", delta); /** * 1. ngx_posted_accept_events是一个事件队列,暂存epoll从监听套接口wait到的accept事件 * 2. 这个方法是循环处理accpet事件列队上的accpet事件 */ ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events); /** * 如果拿到锁,处理完accept事件后,则释放锁 */ if (ngx_accept_mutex_held) { ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex); } if (delta) { ngx_event_expire_timers(); } /** *1. 普通事件都会存放在ngx_posted_events队列上 *2. 这个方法是循环处理read事件列队上的read事件 */ ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_events); }
ngx_trylock_accept_mutex 获取accept锁
1. ngx_accept_mutex_held是拿到锁的唯一标识的全局变量。
2. 当拿到锁,则调用ngx_enable_accept_events,将新的connection加入event事件上
3. 如果没有拿到锁,则调用ngx_disable_accept_events。
/** * 获取accept锁 */ ngx_int_t ngx_trylock_accept_mutex(ngx_cycle_t *cycle) { /** * 拿到锁 */ if (ngx_shmtx_trylock(&ngx_accept_mutex)) { ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "accept mutex locked"); /* 多次进来,判断是否已经拿到锁 */ if (ngx_accept_mutex_held && ngx_accept_events == 0) { return NGX_OK; } /* 调用ngx_enable_accept_events,开启监听accpet事件*/ if (ngx_enable_accept_events(cycle) == NGX_ERROR) { ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex); return NGX_ERROR; } ngx_accept_events = 0; ngx_accept_mutex_held = 1; return NGX_OK; } ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "accept mutex lock failed: %ui", ngx_accept_mutex_held); /** * 没有拿到锁,但是ngx_accept_mutex_held=1 */ if (ngx_accept_mutex_held) { /* 没有拿到锁,调用ngx_disable_accept_events,将accpet事件删除 */ if (ngx_disable_accept_events(cycle, 0) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } ngx_accept_mutex_held = 0; } return NGX_OK; }
ngx_enable_accept_events 和 ngx_disable_accept_events
/** * 开启accept事件的监听 * 并将accept事件加入到event上 */ static ngx_int_t ngx_enable_accept_events(ngx_cycle_t *cycle) { ngx_uint_t i; ngx_listening_t *ls; ngx_connection_t *c; ls = cycle->listening.elts; for (i = 0; i < cycle->listening.nelts; i++) { c = ls[i].connection; if (c == NULL || c->read->active) { continue; } if (ngx_add_event(c->read, NGX_READ_EVENT, 0) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } } return NGX_OK; } /** * 关闭accept事件的监听 * 并将accept事件从event上删除 */ static ngx_int_t ngx_disable_accept_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_uint_t all) { ngx_uint_t i; ngx_listening_t *ls; ngx_connection_t *c; ls = cycle->listening.elts; for (i = 0; i < cycle->listening.nelts; i++) { c = ls[i].connection; /* 如果c->read->active,则表示是活跃的连接,已经被使用中 */ if (c == NULL || !c->read->active) { continue; } #if (NGX_HAVE_REUSEPORT) /* * do not disable accept on worker‘s own sockets * when disabling accept events due to accept mutex */ if (ls[i].reuseport && !all) { continue; } #endif /* 删除事件 */ if (ngx_del_event(c->read, NGX_READ_EVENT, NGX_DISABLE_EVENT) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } } return NGX_OK; }
ngx_event_process_posted 事件队列处理
对ngx_posted_accept_events或ngx_posted_events队列上的accept/read事件进行回调处理。
/** * 处理事件队列 * */ void ngx_event_process_posted(ngx_cycle_t *cycle, ngx_queue_t *posted) { ngx_queue_t *q; ngx_event_t *ev; while (!ngx_queue_empty(posted)) { q = ngx_queue_head(posted); ev = ngx_queue_data(q, ngx_event_t, queue); ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "posted event %p", ev); ngx_delete_posted_event(ev); /* 事件回调函数 */ ev->handler(ev); } }
ngx_process_events 事件的核心处理函数
这个方法,我们主要看epoll模型下的ngx_epoll_process_events方法(ngx_epoll_module.c)
1. 如果抢到了锁,则会将accpet/read事件放到队列上延后处理。
2. 没有抢到锁的进程都是处理当前连接的read事件,所以直接进行处理。
/* 读取事件 EPOLLIN */ if ((revents & EPOLLIN) && rev->active) { #if (NGX_HAVE_EPOLLRDHUP) if (revents & EPOLLRDHUP) { rev->pending_eof = 1; } rev->available = 1; #endif rev->ready = 1; /* 如果事件抢到锁,则放入事件队列 */ if (flags & NGX_POST_EVENTS) { queue = rev->accept ? &ngx_posted_accept_events : &ngx_posted_events; ngx_post_event(rev, queue); } else { /* 没有抢到锁,则直接处理read事件*/ rev->handler(rev); } }
下一章节开始,我们会进入Nginx的事件模块。