Nginx中accept锁的机制与实现详解
前言
nginx采用多进程的模,当一个请求过来的时候,系统会对进程进行加锁操作,保证只有一个进程来接受请求。
本文基于Nginx0.8.55源代码,并基于epoll机制分析
1.accept锁的实现
1.1accpet锁是个什么东西
提到accept锁,就不得不提起惊群问题。
所谓惊群问题,就是指的像Nginx这种多进程的服务器,在fork后同时监听同一个端口时,如果有一个外部连接进来,会导致所有休眠的子进程被唤醒,而最终只有一个子进程能够成功处理accept事件,其他进程都会重新进入休眠中。这就导致出现了很多不必要的schedule和上下文切换,而这些开销是完全不必要的。
而在Linux内核的较新版本中,accept调用本身所引起的惊群问题已经得到了解决,但是在Nginx中,accept是交给epoll机制来处理的,epoll的accept带来的惊群问题并没有得到解决(应该是epoll_wait本身并没有区别读事件是否来自于一个Listen套接字的能力,所以所有监听这个事件的进程会被这个epoll_wait唤醒。),所以Nginx的accept惊群问题仍然需要定制一个自己的解决方案。
accept锁就是nginx的解决方案,本质上这是一个跨进程的互斥锁,以这个互斥锁来保证只有一个进程具备监听accept事件的能力。
实现上accept锁是一个跨进程锁,其在Nginx中是一个全局变量,声明如下:
ngx_shmtx_tngx_accept_mutex;
这是一个在event模块初始化时就分配好的锁,放在一块进程间共享的内存中,以保证所有进程都能访问这一个实例,其加锁解锁是借由linux的原子变量来做CAS,如果加锁失败则立即返回,是一种非阻塞的锁。加解锁代码如下:
staticngx_inlinengx_uint_t ngx_shmtx_trylock(ngx_shmtx_t*mtx) { return(*mtx->lock==0&&ngx_atomic_cmp_set(mtx->lock,0,ngx_pid)); } #definengx_shmtx_lock(mtx)ngx_spinlock((mtx)->lock,ngx_pid,1024) #definengx_shmtx_unlock(mtx)(void)ngx_atomic_cmp_set((mtx)->lock,ngx_pid,0)
可以看出,调用ngx_shmtx_trylock失败后会立刻返回而不会阻塞。
1.2accept锁如何保证只有一个进程能够处理新连接
要解决epoll带来的accept锁的问题也很简单,只需要保证同一时间只有一个进程注册了accept的epoll事件即可。
Nginx采用的处理模式也没什么特别的,大概就是如下的逻辑:
尝试获取accept锁
if获取成功:
在epoll中注册accept事件
else:
在epoll中注销accept事件
处理所有事件
释放accept锁
当然这里忽略了延后事件的处理,这部分我们放到后面讨论。
对于accept锁的处理和epoll中注册注销accept事件的的处理都是在ngx_trylock_accept_mutex中进行的。而这一系列过程则是在nginx主体循环中反复调用的voidngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t*cycle)中进行。
也就是说,每轮事件的处理都会首先竞争accept锁,竞争成功则在epoll中注册accept事件,失败则注销accept事件,然后处理完事件之后,释放accept锁。由此只有一个进程监听一个listen套接字,从而避免了惊群问题。
1.3事件处理机制为不长时间占用accept锁作了哪些努力
accept锁处理惊群问题的方案看起来似乎很美,但如果完全使用上述逻辑,就会有一个问题:如果服务器非常忙,有非常多事件要处理,那么“处理所有事件这一步”就会消耗非常长的时间,也就是说,某一个进程长时间占用accept锁,而又无暇处理新连接;其他进程又没有占用accept锁,同样无法处理新连接——至此,新连接就处于无人处理的状态,这对服务的实时性无疑是很要命的。
为了解决这个问题,Nginx采用了将事件处理延后的方式。即在ngx_process_events的处理中,仅仅将事件放入两个队列中:
ngx_thread_volatilengx_event_t*ngx_posted_accept_events; ngx_thread_volatilengx_event_t*ngx_posted_events;
返回后先处理ngx_posted_accept_events后立刻释放accept锁,然后再慢慢处理其他事件。
即ngx_process_events仅对epoll_wait进行处理,事件的消费则放到accept锁释放之后,来最大限度地缩短占有accept的时间,来让其他进程也有足够的时机处理accept事件。
那么具体是怎么实现的呢?其实就是在staticngx_int_tngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t*cycle,ngx_msec_ttimer,ngx_uint_tflags)的flags参数中传入一个NGX_POST_EVENTS的标志位,处理事件时检查这个标志位即可。
这里只是避免了事件的消费对于accept锁的长期占用,那么万一epoll_wait本身占用的时间很长呢?这种事情也不是不可能发生。这方面的处理也很简单,epoll_wait本身是有超时时间的,限制住它的值就可以了,这个参数保存在ngx_accept_mutex_delay这个全局变量中。
下面放上ngx_process_events_and_timers的实现代码,可以大概一观相关的处理:
void ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t*cycle) { ngx_uint_tflags; ngx_msec_ttimer,delta; /*省略一些处理时间事件的代码*/ //这里是处理负载均衡锁和accept锁的时机 if(ngx_use_accept_mutex){ //如果负载均衡token的值大于0,则说明负载已满,此时不再处理accept,同时把这个值减一 if(ngx_accept_disabled>0){ ngx_accept_disabled--; }else{ //尝试拿到accept锁 if(ngx_trylock_accept_mutex(cycle)==NGX_ERROR){ return; } //拿到锁之后把flag加上post标志,让所有事件的处理都延后 //以免太长时间占用accept锁 if(ngx_accept_mutex_held){ flags|=NGX_POST_EVENTS; }else{ if(timer==NGX_TIMER_INFINITE ||timer>ngx_accept_mutex_delay) { timer=ngx_accept_mutex_delay;//最多等ngx_accept_mutex_delay个毫秒,防止占用太久accept锁 } } } } delta=ngx_current_msec; //调用事件处理模块的process_events,处理一个epoll_wait的方法 (void)ngx_process_events(cycle,timer,flags); delta=ngx_current_msec-delta;//计算处理events事件所消耗的时间 ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT,cycle->log,0, "timerdelta:%M",delta); //如果有延后处理的accept事件,那么延后处理这个事件 if(ngx_posted_accept_events){ ngx_event_process_posted(cycle,&ngx_posted_accept_events); } //释放accept锁 if(ngx_accept_mutex_held){ ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex); } //处理所有的超时事件 if(delta){ ngx_event_expire_timers(); } ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT,cycle->log,0, "postedevents%p",ngx_posted_events); if(ngx_posted_events){ if(ngx_threaded){ ngx_wakeup_worker_thread(cycle); }else{ //处理所有的延后事件 ngx_event_process_posted(cycle,&ngx_posted_events); } } }
再来看看ngx_epoll_process_events的相关处理:
//读事件 if((revents&EPOLLIN)&&rev->active){ if((flags&NGX_POST_THREAD_EVENTS)&&!rev->accept){ rev->posted_ready=1; }else{ rev->ready=1; } if(flags&NGX_POST_EVENTS){ queue=(ngx_event_t**)(rev->accept? &ngx_posted_accept_events:&ngx_posted_events); ngx_locked_post_event(rev,queue); }else{ rev->handler(rev); } } wev=c->write; //写事件 if((revents&EPOLLOUT)&&wev->active){ if(flags&NGX_POST_THREAD_EVENTS){ wev->posted_ready=1; }else{ wev->ready=1; } if(flags&NGX_POST_EVENTS){ ngx_locked_post_event(wev,&ngx_posted_events); }else{ wev->handler(wev); } }
处理也相对简单,如果拿到了accept锁,就会有NGX_POST_EVENTS标志那么就会放到相应的队列中。没有的话就会直接处理事件。
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对毛票票的支持。