《深入剖析ngx》——进程模型

1. 进程工作

ngx是多进程模型：work进程，master进程，cache进程。
ngx还使用 upstream等模块实现和其他服务器通信

master和worker进程工作流程如下

可以看出用户使用信号控制监控进程，监控进程控制工作进程

监控进程主要处理用户的信号，

监控进程使用 sigsuspend 阻塞等待信号，信号处理函数设置旗标，根据旗标完成具体动作。
ngx_quit 会进行清理工作再退出。
ngx_terminate 使用 SIGKILL 让自己退出
ngx_reconfigure 重新加载配置

工作进程主要处理和客户端和后端服务器 IO，使用 select epoll 等多路复用实现。

2. 进程通信

2.1 channel

父子通信

ngx使用 socketpair 分配两个互相连接的 Unix套接字，fork后，channel[0] <----> channel[1] 依旧连接，实现血缘关系进程通信。
兄弟通信
新的子进程会继承老的子进程的已连接的套接字，但是老的子进程没有用于写给新子进程的套接字，ngx利用进程间套接字传递实现兄弟通信。

进程间传递文件描述符，参考：
https://www.cnblogs.com/yangxinrui/p/16083105.html

总结
虽然 ngx 实现了 channel 机制，可以完成父子兄弟互相通信，但只用 channel 进行控制进程对工作进程的通信。
而子进程之间使用更好的通信方法，如共享内存。

2.2 共享内存

2.2.1 初始化

ngx的共享内存可以通过用户配置动态申请，如

这里申请一个共享内存，10M，名称为one,

ngx使用 ngx_shm_zone_s 描述内存块信息。

 16 typedef struct {
 17     u_char      *addr;
 18     size_t       size;
 19     ngx_str_t    name;
 20     ngx_log_t   *log;
 21     ngx_uint_t   exists;   /* unsigned  exists:1;  */
 22 } ngx_shm_t;

 25 typedef struct ngx_shm_zone_s  ngx_shm_zone_t;
 26
 27 typedef ngx_int_t (*ngx_shm_zone_init_pt) (ngx_shm_zone_t *zone, void *data);
 28
 29 struct ngx_shm_zone_s {
 30     void                     *data;
 31     ngx_shm_t                 shm;
 32     ngx_shm_zone_init_pt      init;
 33     void                     *tag;
 34     void                     *sync;
 35     ngx_uint_t                noreuse;  /* unsigned  noreuse:1; */
 36 };

shm.shm.name 是内存块名称，是内存块唯一键值
shm.tag 用于区分内存块的创建和使用，如模块A 创建名称为a的内存块，之后模块A再用名称a从内存池中获取内存块，这是可行的，但是若模块B也创建名称为a的内存块，若内存块只有name做区分，则模块B也能获得内存块a，但这导致冲突，所以需要tag属性表明该内存块的owner，如此模块B再创建名称为a的内存块时，还会比较tag是否为模块B，匹配失败则报错，模块B只能重建其他名称内存块。

ngx解析完配置文件时，调用 shared_memory_add() 创建 ngx_shm_zone_s，ngx_shm_zone_s只是内存块描述，不是真正的内存块，并将ngx_shm_zone_s 加入链表 cf->cycle->shared_memory ，检查冲突后，遍历链表分配共享内存，并格式化内存块。

ngx_shm_alloc 是对系统调用的封装，完成内存块申请
ngx_init_zone_pool 对内存块进行格式化
shm_zone[i].init 回调用户的初始化方法

以 ngx_http_limit_req_module 的初始化方法为例

若旧数据可用（重加载配置情况），则直接返回，否则初始化模块ctx，用slab方法申请内存。

以上完成内存块初始化，关于内存块的使用涉及互斥和slab

2.2.2 互斥

互斥是使用锁解决，ngx互斥锁接口如下

2.2.3 slab

ngx实现的slab是二级页表，支持分配和释放内存。

在共享内存的头部，有头信息

一级页表

page[] 是真实用于分配的内存块，
ngx_slab_page_t[] ngx管理page使用的描述结构，ngx_slab_page_t 和 page 一一对应，获得 ngx_slab_page_t 地址，就能求得page地址。

ngx 对 ngx_slab_page_t 的管理，是使用链表，链表元素为数组。
ngx_slab_page_t 数组的首元素的 slab属性，表示本数组的长度
当分配空间如下

释放空间，回收内存块

二级页表，
每个 ngx_slab_page_t 的二级页面粒度不同，对其对应 page 进行划分。并用位图方式描述使用情况。
如果粒度能用32bit表示，则使用 ngx_slab_page_t.slab属性表示

如果粒度用不完32bit，则使用 ngx_slab_page_t.slab属性的一部分bit位表示
如果粒度用32bit表示不完，则使用 page首部表示