目錄一、 nginx進程鎖的作用

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nginx是多進程并發(fā)模型應(yīng)用，直白點就是：有多個worker都在監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)請求，誰接收某個請求，那么后續(xù)的事務(wù)就由它來完成。如果沒有鎖的存在，那么就是這種場景，當一個請求被系統(tǒng)接入后，所以可以監(jiān)聽該端口的進程，就會同時去處理該事務(wù)。當然了，系統(tǒng)會避免這種糟糕事情的發(fā)生，但也就出現(xiàn)了所謂的驚群。（不知道說得對不對，大概是那么個意思吧）

所以，為了避免出現(xiàn)同一時刻，有許多進程監(jiān)聽，就應(yīng)該該多個worker間有序地監(jiān)聽socket. 為了讓多個worker有序，所以就有了本文要講的進程鎖的出現(xiàn)了，只有搶到鎖的進程才可以進行網(wǎng)絡(luò)請求的接入操作。

即如下過程：

// worker 核心事務(wù)框架// ngx_event.cvoidngx_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 } if (ngx_use_accept_mutex) { // 為了一定的公平性，避免反復(fù)爭搶鎖 if (ngx_accept_disabled > 0) { ngx_accept_disabled--; } else { // 只有搶到鎖的進程，進行 socket 的 accept() 操作 // 其他worker則處理之前接入的請求，read/write操作 if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR) { return; } 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; } } } } // 其他核心事務(wù)處理 if (!ngx_queue_empty(&ngx_posted_next_events)) { ngx_event_move_posted_next(cycle); timer = 0; } delta = ngx_current_msec; (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); ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events); if (ngx_accept_mutex_held) { ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex); } if (delta) { ngx_event_expire_timers(); } ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_events);}// 獲取鎖，并注冊socket accept() 過程如下ngx_int_tngx_trylock_accept_mutex(ngx_cycle_t *cycle){ if (ngx_shmtx_trylock(&ngx_accept_mutex)) { ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "accept mutex locked"); if (ngx_accept_mutex_held && ngx_accept_events == 0) { return NGX_OK; } if (ngx_enable_accept_events(cycle) == NGX_ERROR) { // 解鎖操作 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); if (ngx_accept_mutex_held) { if (ngx_disable_accept_events(cycle, 0) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } ngx_accept_mutex_held = 0; } return NGX_OK;}

其他的不必多說，核心即搶到鎖的worker，才可以進行accept操作。而沒有搶到鎖的worker, 則要主動釋放之前的accept()權(quán)力。從而達到，同一時刻，只有一個worker在處理accept事件。

二、入門級鎖使用

鎖這種東西，一般都是編程語言自己定義好的接口，或者固定用法。

比如 java 中的 synchronized xxx, Lock 相關(guān)并發(fā)包鎖如 CountDownLatch, CyclicBarrier, ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock, Semaphore...

比如 python 中的 threading.Lock(), threading.RLock()...

比如 php 中的 flock()...

之所以說是入門級，是因為這都是些接口api, 你只要按照使用規(guī)范，調(diào)一下就可以了，無需更多知識。但要想用好各細節(jié)，則實際不簡單。

三、nginx進程鎖的實現(xiàn)

nginx因為是使用C語言編寫的，所以肯定是更接近底層些的。能夠通過它的實現(xiàn)，來看鎖如何實現(xiàn)，應(yīng)該能夠讓我們更能理解鎖的深層次含義。

一般地，鎖包含這么幾個大方向：鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，上鎖邏輯，解鎖邏輯，以及一些通知機制，超時機制什么的。下面我們就其中幾個方向，看下nginx 實現(xiàn)：

3.1、鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

首先要定義出鎖有些什么變量，然后實例化一個值，共享給多進程使用。

// event/ngx_event.c// 全局accept鎖變量定義ngx_shmtx_t ngx_accept_mutex;// 這個鎖有一個// atomic 使用 volatile 修飾實現(xiàn)typedef volatile ngx_atomic_uint_t ngx_atomic_t;typedef struct {#if (NGX_HAVE_ATOMIC_OPS) // 有使用原子更新變量實現(xiàn)鎖，其背后是共享內(nèi)存區(qū)域 ngx_atomic_t *lock;#if (NGX_HAVE_POSIX_SEM) ngx_atomic_t *wait; ngx_uint_t semaphore; sem_t sem;#endif#else // 有使用fd實現(xiàn)鎖，fd的背后是一個文件實例 ngx_fd_t fd; u_char *name;#endif ngx_uint_t spin;} ngx_shmtx_t;// 共享內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義typedef struct { u_char *addr; size_t size; ngx_str_t name; ngx_log_t *log; ngx_uint_t exists; /* unsigned exists:1; */} ngx_shm_t;3.2、基于fd的上鎖/解鎖實現(xiàn)

有了鎖實例，就可以對其進行上鎖解鎖了。nginx有兩種鎖實現(xiàn)，主要是基于平臺的差異性決定的：基于文件或者基于共享內(nèi)在實現(xiàn)?；趂d即基于文件的實現(xiàn)，這個還是有點重的操作。如下：

// ngx_shmtx.cngx_uint_tngx_shmtx_trylock(ngx_shmtx_t *mtx){ ngx_err_t err; err = ngx_trylock_fd(mtx->fd); if (err == 0) { return 1; } if (err == NGX_EAGAIN) { return 0; }#if __osf__ /* Tru64 UNIX */ if (err == NGX_EACCES) { return 0; }#endif ngx_log_abort(err, ngx_trylock_fd_n " %s failed", mtx->name); return 0;}// core/ngx_shmtx.c// 1. 上鎖過程ngx_err_tngx_trylock_fd(ngx_fd_t fd){ struct flock fl; ngx_memzero(&fl, sizeof(struct flock)); fl.l_type = F_WRLCK; fl.l_whence = SEEK_SET; if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl) == -1) { return ngx_errno; } return 0;}// os/unix/ngx_file.cngx_err_tngx_lock_fd(ngx_fd_t fd){ struct flock fl; ngx_memzero(&fl, sizeof(struct flock)); fl.l_type = F_WRLCK; fl.l_whence = SEEK_SET; // 調(diào)用系統(tǒng)提供的上鎖方法 if (fcntl(fd, F_SETLKW, &fl) == -1) { return ngx_errno; } return 0;}// 2. 解鎖實現(xiàn)// core/ngx_shmtx.cvoidngx_shmtx_unlock(ngx_shmtx_t *mtx){ ngx_err_t err; err = ngx_unlock_fd(mtx->fd); if (err == 0) { return; } ngx_log_abort(err, ngx_unlock_fd_n " %s failed", mtx->name);}// os/unix/ngx_file.cngx_err_tngx_unlock_fd(ngx_fd_t fd){ struct flock fl; ngx_memzero(&fl, sizeof(struct flock)); fl.l_type = F_UNLCK; fl.l_whence = SEEK_SET; if (fcntl(fd, F_SETLK, &fl) == -1) { return ngx_errno; } return 0;}

重點就是 fcntl() 這個系統(tǒng)api的調(diào)用，無他。當然，站在一個旁觀者角度來看，實際就是因為多進程對文件的操作是可見的，所以達到進程鎖的目的。其中，tryLock 和 lock 存在一定的語義差異，即try時，會得到一些是否成功的標識，而直接進行l(wèi)ock時，則不能得到標識。一般會要求阻塞住請求

3.3、nginx鎖實例的初始化

也許在有些地方，一個鎖實例的初始化，就是一個變量的簡單賦值而已。但在nginx有些不同。首先，需要保證各worker能看到相同的實例或者相當?shù)膶嵗Ｒ驗閣orker是從master處fork()出來的進程，所以只要在master中實例化好的鎖，必然可以保證各worker能拿到一樣的值。那么，到底是不是只是這樣呢？

// 共享鎖的初始化，在ngx master 中進行，后fork()到worker進程// event/ngx_event.cstatic ngx_int_tngx_event_module_init(ngx_cycle_t *cycle){ void ***cf; u_char *shared; size_t size, cl; // 定義一段共享內(nèi)存 ngx_shm_t shm; ngx_time_t *tp; ngx_core_conf_t *ccf; ngx_event_conf_t *ecf; cf = ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_events_module); ecf = (*cf)[ngx_event_core_module.ctx_index]; if (!ngx_test_config && ngx_process <= NGX_PROCESS_MASTER) { ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "using the \"%s\" event method", ecf->name); } ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_core_module); ngx_timer_resolution = ccf->timer_resolution;#if !(NGX_WIN32) { ngx_int_t limit; struct rlimit rlmt; if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rlmt) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno, "getrlimit(RLIMIT_NOFILE) failed, ignored"); } else { if (ecf->connections > (ngx_uint_t) rlmt.rlim_cur && (ccf->rlimit_nofile == NGX_CONF_UNSET || ecf->connections > (ngx_uint_t) ccf->rlimit_nofile)) { limit = (ccf->rlimit_nofile == NGX_CONF_UNSET) ? (ngx_int_t) rlmt.rlim_cur : ccf->rlimit_nofile; ngx_log_error(NGX_LOG_WARN, cycle->log, 0, "%ui worker_connections exceed " "open file resource limit: %i", ecf->connections, limit); } } }#endif /* !(NGX_WIN32) */ if (ccf->master == 0) { return NGX_OK; } if (ngx_accept_mutex_ptr) { return NGX_OK; } /* cl should be equal to or greater than cache line size */ cl = 128; size = cl /* ngx_accept_mutex */ + cl /* ngx_connection_counter */ + cl; /* ngx_temp_number */#if (NGX_STAT_STUB) size += cl /* ngx_stat_accepted */ + cl /* ngx_stat_handled */ + cl /* ngx_stat_requests */ + cl /* ngx_stat_active */ + cl /* ngx_stat_reading */ + cl /* ngx_stat_writing */ + cl; /* ngx_stat_waiting */#endif shm.size = size; ngx_str_set(&shm.name, "nginx_shared_zone"); shm.log = cycle->log; // 分配共享內(nèi)存空間, 使用 mmap 實現(xiàn) if (ngx_shm_alloc(&shm) != NGX_OK) { return NGX_ERROR; } shared = shm.addr; ngx_accept_mutex_ptr = (ngx_atomic_t *) shared; ngx_accept_mutex.spin = (ngx_uint_t) -1; // 基于共享文件或者內(nèi)存賦值進程鎖，從而實現(xiàn)多進程控制 if (ngx_shmtx_create(&ngx_accept_mutex, (ngx_shmtx_sh_t *) shared, cycle->lock_file.data) != NGX_OK) { return NGX_ERROR; } ngx_connection_counter = (ngx_atomic_t *) (shared + 1 * cl); (void) ngx_atomic_cmp_set(ngx_connection_counter, 0, 1); ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "counter: %p, %uA", ngx_connection_counter, *ngx_connection_counter); ngx_temp_number = (ngx_atomic_t *) (shared + 2 * cl); tp = ngx_timeofday(); ngx_random_number = (tp->msec << 16) + ngx_pid;#if (NGX_STAT_STUB) ngx_stat_accepted = (ngx_atomic_t *) (shared + 3 * cl); ngx_stat_handled = (ngx_atomic_t *) (shared + 4 * cl); ngx_stat_requests = (ngx_atomic_t *) (shared + 5 * cl); ngx_stat_active = (ngx_atomic_t *) (shared + 6 * cl); ngx_stat_reading = (ngx_atomic_t *) (shared + 7 * cl); ngx_stat_writing = (ngx_atomic_t *) (shared + 8 * cl); ngx_stat_waiting = (ngx_atomic_t *) (shared + 9 * cl);#endif return NGX_OK;}// core/ngx_shmtx.c// 1. 基于文件進程共享空間, 使用 fdngx_int_tngx_shmtx_create(ngx_shmtx_t *mtx, ngx_shmtx_sh_t *addr, u_char *name){ // 由master進程創(chuàng)建，所以是進程安全的操作，各worker直接使用即可 if (mtx->name) { // 如果已經(jīng)創(chuàng)建好了，則 fd 已被賦值，不能創(chuàng)建了，直接共享fd即可 // fd 的背后是一個文件實例 if (ngx_strcmp(name, mtx->name) == 0) { mtx->name = name; return NGX_OK; } ngx_shmtx_destroy(mtx); } // 使用文件創(chuàng)建的方式鎖共享 mtx->fd = ngx_open_file(name, NGX_FILE_RDWR, NGX_FILE_CREATE_OR_OPEN, NGX_FILE_DEFAULT_ACCESS); if (mtx->fd == NGX_INVALID_FILE) { ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, ngx_cycle->log, ngx_errno, ngx_open_file_n " \"%s\" failed", name); return NGX_ERROR; } // 創(chuàng)建完成即可刪除，后續(xù)只基于該fd實例做鎖操作 if (ngx_delete_file(name) == NGX_FILE_ERROR) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ngx_cycle->log, ngx_errno, ngx_delete_file_n " \"%s\" failed", name); } mtx->name = name; return NGX_OK;}// 2. 基于共享內(nèi)存的共享鎖的創(chuàng)建// ngx_shmtx.cngx_int_tngx_shmtx_create(ngx_shmtx_t *mtx, ngx_shmtx_sh_t *addr, u_char *name){ mtx->lock = &addr->lock; if (mtx->spin == (ngx_uint_t) -1) { return NGX_OK; } mtx->spin = 2048;#if (NGX_HAVE_POSIX_SEM) mtx->wait = &addr->wait; if (sem_init(&mtx->sem, 1, 0) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ngx_cycle->log, ngx_errno, "sem_init() failed"); } else { mtx->semaphore = 1; }#endif return NGX_OK;}// os/unix/ngx_shmem.cngx_int_tngx_shm_alloc(ngx_shm_t *shm){ shm->addr = (u_char *) mmap(NULL, shm->size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_SHARED, -1, 0); if (shm->addr == MAP_FAILED) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, shm->log, ngx_errno, "mmap(MAP_ANON|MAP_SHARED, %uz) failed", shm->size); return NGX_ERROR; } return NGX_OK;}

基于fd的鎖實現(xiàn)，本質(zhì)是基于其背后的文件系統(tǒng)的實現(xiàn)，因為文件系統(tǒng)是進程可見的，所以對于相同fd控制，就是對共同的鎖的控制了。

3.4、基于共享內(nèi)存的上鎖/解鎖實現(xiàn)

所謂共享內(nèi)存，實際就是一塊公共的內(nèi)存區(qū)域，它超出了進程的范圍（受操作系統(tǒng)管理）。就是前面我們看到的mmap()的創(chuàng)建，就是一塊共享內(nèi)存。

// ngx_shmtx.cngx_uint_tngx_shmtx_trylock(ngx_shmtx_t *mtx){ // 直接對共享內(nèi)存區(qū)域的值進行改變 // cas 改變成功即是上鎖成功。 return (*mtx->lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(mtx->lock, 0, ngx_pid));}// shm版本的解鎖操作, cas 解析，帶通知voidngx_shmtx_unlock(ngx_shmtx_t *mtx){ if (mtx->spin != (ngx_uint_t) -1) { ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_CORE, ngx_cycle->log, 0, "shmtx unlock"); } if (ngx_atomic_cmp_set(mtx->lock, ngx_pid, 0)) { ngx_shmtx_wakeup(mtx); }}// 通知等待進程static voidngx_shmtx_wakeup(ngx_shmtx_t *mtx){#if (NGX_HAVE_POSIX_SEM) ngx_atomic_uint_t wait; if (!mtx->semaphore) { return; } for ( ;; ) { wait = *mtx->wait; if ((ngx_atomic_int_t) wait <= 0) { return; } if (ngx_atomic_cmp_set(mtx->wait, wait, wait - 1)) { break; } } ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_CORE, ngx_cycle->log, 0, "shmtx wake %uA", wait); if (sem_post(&mtx->sem) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, ngx_cycle->log, ngx_errno, "sem_post() failed while wake shmtx"); }#endif}

共享內(nèi)存版本的鎖的實現(xiàn)，基本就是cas的對內(nèi)存變量的設(shè)置。只是這個面向的內(nèi)存，是共享區(qū)域的內(nèi)存。

四、 說到底鎖的含義是什么

見過了許多的鎖，依然過不好這一關(guān)。

鎖到底是什么呢？事實上，鎖就是一個標識位。當有人看到這個標識位后，就主動停止操作，或者進行等等，從而使其看起來起到了鎖的作用。這個標識位，可以設(shè)置在某個對象中，也可以為設(shè)置在某個全局值中，還可以借助于各種存在介質(zhì)，比如文件，比如redis，比如zk 。 這都沒有差別。因為問題關(guān)鍵不在存放在哪里，而在于如何安全地設(shè)置這個標識位。
要實現(xiàn)鎖，一般都需要要一個強有力的底層含義保證，比如cpu層面的cas操作，應(yīng)用級別的隊列串行原子操作。。。

至于什么，內(nèi)存鎖，文件鎖，高級鎖，都是有各自的應(yīng)用場景。而要選好各種鎖，則變成了評價高低地關(guān)鍵。此時此刻，你應(yīng)該能判斷出來的！

以上就是詳解nginx進程鎖的實現(xiàn)的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于nginx 進程鎖的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

當前題目：詳解nginx進程鎖的實現(xiàn)
當前地址：http://www.rwnh.cn/article16/icdgdg.html

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