深入NGINX：探寻worker process的奥秘

一、worker process简介

当我们谈论到NGINX的高性能时，不得不提到它的多进程、多线程架构。其中，worker process是NGINX多进程架构的核心，它负责接受和处理客户端的连接请求，并处理这些请求所需要的一系列操作。

在NGINX中，有一个master process和若干个worker process。其中master process主要负责初始化，然后fork出若干个worker process进行真正的请求处理。而每一个worker process都是独立的进程，可以单独对客户端进行请求响应和处理。

    master_process {
        // 初始化工作
        ......
        // fork出worker process进行请求处理
        for (i = 0; i < worker_processes; i++) {
            spawn_worker_process();
        }
        ......
    }
    worker_process {
        // 处理请求
        ......
    }

二、worker process的创建和销毁

正如上面的代码所示，worker process是由master process通过fork创建的。每个worker process都是一个独立的进程，有自己的进程ID以及内存空间。

当NGINX初始化完毕后，master process会根据预设的worker_process数量fork出若干个子进程，这些子进程就是我们常说的worker process。这些worker process会在某个事件被触发时响应相应的事件，并进行处理。

在NGINX的运行过程中，有时候需要动态地增减worker process的数量。这时，master process会向已有的worker process发送信号，告诉它们需要创建新的worker process。而这些新的worker process则会在另一个进程空间中进行初始化和操作。

    // master process发送信号给worker process，触发创建新的worker process
    void ngx_signal_handler(int signo) {
        switch (signo) {
            case SIGHUP:
                ......
                for (i = 0; i < ngx_worker_processes; i++) {
                    ngx_pid = ngx_workers[i].pid;
                    kill(ngx_pid, SIGQUIT);
                }
                ......
                break;
            case SIGQUIT:
                ......
                spawn_worker_process();
                ......
                break;
            ......
        }
    }

三、worker process的事件处理

worker process作为NGINX的请求处理单元，是负责处理所有客户端请求的进程。因此，worker process需要处理各种各样的事件，包括网络连接事件、定时器事件、读写事件等。

在worker process的初始化过程中，会进行事件驱动机制的初始化。它会调用系统底层接口，比如epoll，select等，来监听各种事件并进行处理。

    // worker process初始化事件驱动机制
    void ngx_worker_process_init_cycle() {
        ......
        // 初始化epoll系统调用接口
        ngx_epoll_init(cycle);
        ......
        // 开始监听事件
        ngx_process_events_and_timers(cycle);
        ......
    }

当worker process收到一个事件时，它会首先判断这个事件的类型，然后根据不同的类型进行相应的处理。

    // 处理网络连接事件
    void ngx_event_accept(ngx_event_t *rev) {
        ......
    }
    
    // 处理读事件
    void ngx_event_recv(ngx_event_t *ev, ngx_int_t flags) {
        ......
    }
    
    // 处理定时器事件
    void ngx_event_expire_timers() {
        ......
    }

四、worker process的进程间通信

在NGINX的多进程架构中，worker process之间需要进行进程间通信，来共享一些资源或者协调某些操作。

这个进程间通信有多种方式，最常见的是信号和共享内存。

在我们刚才提到的动态增减worker process的情况下，master process会向所有已有的worker process发送SIGQUIT信号。这个信号的作用是使worker process进行优雅退出，释放资源。当worker process处理完所有已有请求后退出时，master process会fork出新的worker process，以保证NGINX的运行稳定。

    // 接收SIGQUIT信号进行退出
    void ngx_worker_process_cycle() {
        ......
        for (;;) {
            if (ngx_quit) {
                ngx_worker_process_exit();
            }
            ......
        }
        ......
    }

除了信号外，共享内存也是worker process之间通信的常用方式。比如，当多个worker process都需要访问共同的资源时，就可以使用共享内存。

    // 在worker process中使用共享内存
    void *ngx_shm_alloc(size_t size) {
        // 获取共享内存
        ngx_shm_info_t *shm_info = ngx_get_shm_info();
        // 分配内存
        void *addr = mmap(NULL, size, PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_SHARED, shm_info->fd, 0);
        ......
        return addr;
    }

五、worker process的异常处理

在NGINX的运行过程中，worker process可能会因为一些异常情况而退出。比如，由于客户端请求过多，导致worker process阻塞无法处理请求；或者是系统内存不足导致worker process无法运行。

当worker process退出时，master process会接收到这个信号，并重新创建新的worker process。同时，master process还会将进程退出的原因记录在日志中，以帮助管理员进行故障排查。

    // worker process异常退出时记录日志
    void ngx_process_get_status() {
        ......
        if (WTERMSIG(status)) {
            ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "%P exited on signal %d", pid, WTERMSIG(status));
        } else {
            ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "%P exited with code %d", pid, WEXITSTATUS(status));
        }
        ......
    }

六、结语

本文深入探讨了NGINX的worker process，希望能给大家提供一些关于NGINX多进程架构的实践经验。在NGINX的运行过程中，worker process起着至关重要的作用，因此我们需要深入理解它们的工作方式，以便在实践中更好地调试和优化。