Nginx的工作原理
1.Nginx的模塊與工作原理
Nginx由內核和模塊組成，其中，內核的設計非常微小和簡潔，完成的工作也非常簡單，僅僅通過查找配置文件將客戶端請求映射到一個location block（location是Nginx配置中的一個指令，用於URL匹配），而在這個location中所配置的每個指令將會啟動不同的模塊去完成相應的工作。
Nginx的模塊從結構上分為核心模塊、基礎模塊和第三方模塊：
核心模塊：HTTP模塊、EVENT模塊和MAIL模塊
基礎模塊：HTTP Access模塊、HTTP FastCGI模塊、HTTP Proxy模塊和HTTP Rewrite模塊，
第三方模塊：HTTP Upstream Request Hash模塊、Notice模塊和HTTP Access Key模塊。
用戶根據自己的需要開發的模塊都屬於第三方模塊。正是有了這么多模塊的支撐，Nginx的功能才會如此強大。
Nginx的模塊從功能上分為如下三類。
Handlers（處理器模塊）。此類模塊直接處理請求，並進行輸出內容和修改headers信息等操作。Handlers處理器模塊一般只能有一個。
Filters （過濾器模塊）。此類模塊主要對其他處理器模塊輸出的內容進行修改操作，最后由Nginx輸出。
Proxies （代理類模塊）。此類模塊是Nginx的HTTP Upstream之類的模塊，這些模塊主要與后端一些服務比如FastCGI等進行交互，實現服務代理和負載均衡等功能。
下圖展示了Nginx模塊常規的HTTP請求和響應的過程。
Nginx本身做的工作實際很少，當它接到一個HTTP請求時，它僅僅是通過查找配置文件將此次請求映射到一個location block ，因此location中所配置的各個指令則會啟動不同的模塊去完成工作，因此模塊可以看做Nginx真正的勞動工作者。通常一個location中的指令會涉及一個handler模塊和多個filter模塊（當然，多個location可以復用同一個模塊）。handler模塊負責處理請求，完成響應內容的生成，而filter模塊對響應內容進行處理。
Nginx的模塊直接被編譯進Nginx，因此屬於靜態編譯方式。啟動Nginx后，Nginx的模塊被自動加載，不像Apache，首先將模塊編譯為一個so文件，然后在配置文件中指定是否進行加載。在解析配置文件時，Nginx的每個模塊都有可能去處理某個請求，但是同一個處理請求只能由一個模塊來完成。
2.Nginx的進程模型
在工作方式上，Nginx分為單工作進程和多工作進程兩種模式。在單工作進程模式下，除主進程外，還有一個工作進程，工作進程是單線程的；在多工作進程模式下，每個工作進程包含多個線程。Nginx默認為單工作進程模式。
Nginx在啟動后，會有一個master進程和多個worker進程。
master進程
主要用來管理worker進程，包含：接收來自外界的信號，向各worker進程發送信號，監控worker進程的運行狀態，當worker進程退出后(異常情況下)，會自動重新啟動新的worker進程。
master進程充當整個進程組與用戶的交互接口，同時對進程進行監護。它不需要處理網絡事件，不負責業務的執行，只會通過管理worker進程來實現重啟服務、平滑升級、更換日志文件、配置文件實時生效等功能。
我們要控制nginx，只需要通過kill向master進程發送信號就行了。比如kill -HUP pid，則是告訴nginx，從容地重啟nginx，我們一般用這個信號來重啟nginx，或重新加載配置，因為是從容地重啟，因此服務是不中斷的。master進程在接收到HUP信號后是怎么做的呢？首先master進程在接到信號后，會先重新加載配置文件，然后再啟動新的worker進程，並向所有老的worker進程發送信號，告訴他們可以光榮退休了。新的worker在啟動后，就開始接收新的請求，而老的worker在收到來自master的信號后，就不再接收新的請求，並且在當前進程中的所有未處理完的請求處理完成后，再退出。當然，直接給master進程發送信號，這是比較老的操作方式，nginx在0.8版本之后，引入了一系列命令行參數，來方便我們管理。比如，./nginx -s reload，就是來重啟nginx，./nginx -s stop，就是來停止nginx的運行。如何做到的呢？我們還是拿reload來說，我們看到，執行命令時，我們是啟動一個新的nginx進程，而新的nginx進程在解析到reload參數后，就知道我們的目的是控制nginx來重新加載配置文件了，它會向master進程發送信號，然后接下來的動作，就和我們直接向master進程發送信號一樣了。
worker進程：
而基本的網絡事件，則是放在worker進程中來處理了。多個worker進程之間是對等的，他們同等競爭來自客戶端的請求，各進程互相之間是獨立的。一個請求，只可能在一個worker進程中處理，一個worker進程，不可能處理其它進程的請求。worker進程的個數是可以設置的，一般我們會設置與機器cpu核數一致，這里面的原因與nginx的進程模型以及事件處理模型是分不開的。
worker進程之間是平等的，每個進程，處理請求的機會也是一樣的。當我們提供80端口的http服務時，一個連接請求過來，每個進程都有可能處理這個連接，怎么做到的呢？首先，每個worker進程都是從master進程fork過來，在master進程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多個worker進程。所有worker進程的listenfd會在新連接到來時變得可讀，為保證只有一個進程處理該連接，所有worker進程在注冊listenfd讀事件前搶accept_mutex，搶到互斥鎖的那個進程注冊listenfd讀事件，在讀事件里調用accept接受該連接。當一個worker進程在accept這個連接之后，就開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生數據后，再返回給客戶端，最后才斷開連接，這樣一個完整的請求就是這樣的了。我們可以看到，一個請求，完全由worker進程來處理，而且只在一個worker進程中處理。worker進程之間是平等的，每個進程，處理請求的機會也是一樣的。當我們提供80端口的http服務時，一個連接請求過來，每個進程都有可能處理這個連接，怎么做到的呢？首先，每個worker進程都是從master進程fork過來，在master進程里面，先建立好需要listen的socket（listenfd）之后，然后再fork出多個worker進程。所有worker進程的listenfd會在新連接到來時變得可讀，為保證只有一個進程處理該連接，所有worker進程在注冊listenfd讀事件前搶accept_mutex，搶到互斥鎖的那個進程注冊listenfd讀事件，在讀事件里調用accept接受該連接。當一個worker進程在accept這個連接之后，就開始讀取請求，解析請求，處理請求，產生數據后，再返回給客戶端，最后才斷開連接，這樣一個完整的請求就是這樣的了。我們可以看到，一個請求，完全由worker進程來處理，而且只在一個worker進程中處理。
nginx的進程模型，可以由下圖來表示：
3.什么是FastCGI
FastCGI是一個可伸縮地、高速地在HTTP server和動態腳本語言間通信的接口。多數流行的HTTP server都支持FastCGI，包括Apache、Nginx和lighttpd等。同時，FastCGI也被許多腳本語言支持，其中就有PHP。
FastCGI是從CGI發展改進而來的。
CGI工作原理和缺點：
每次HTTP服務器遇到動態程序時都需要重新啟動腳本解析器來執行解析，然后將結果返回給HTTP服務器。
這在處理高並發訪問時幾乎是不可用的。另外傳統的CGI接口方式安全性也很差，現在已經很少使用了。
FastCGI工作原理和優點：
FastCGI接口方式采用C/S結構，可以將HTTP服務器和腳本解析服務器分開，同時在腳本解析服務器上啟動一個或者多個腳本解析守護進程。當HTTP服務器每次遇到動態程序時，可以將其直接交付給FastCGI進程來執行，然后將得到的結果返回給瀏覽器。
這種方式可以讓HTTP服務器專一地處理靜態請求或者將動態腳本服務器的結果返回給客戶端，這在很大程度上提高了整個應用系統的性能。
另外fastCGI程序與CGI程序與服務器的交互方式也不同
CGI程序通過環境變量、命令行、標准輸入輸出進行交互，因此CGI程序進程必須與服務器進程在同一台物理計算機上，而fastCGI程序與服務器進程通過網絡連接交互，因此fastCGI程序可以分布在不同的計算機上，這不但可以提高性能，同時也提高了系統的擴展能力。
4.什么是PHP-fpm
PHP-FPM是管理FastCGI的一個管理器，它作為PHP的插件存在，在安裝PHP要想使用PHP-FPM時在老php的老版本（php5.3.3之前）就需要把PHP-FPM以補丁的形式安裝到PHP中，而且PHP要與PHP-FPM版本一致，這是必須的）
PHP-FPM是FastCGI的實現，任何實現了FastCGI協議的Web Server都能夠與之通信。FPM之於標准的FastCGI，也提供了一些增強功能，具體可以參考官方文檔：PHP: FPM Installation。
FPM是一個PHP進程管理器，包含master進程和worker進程兩種進程：master進程只有一個，負責監聽端口，接收來自Web Server的請求，而worker進程則一般有多個(具體數量根據實際需要配置)，每個進程內部都嵌入了一個PHP解釋器，是PHP代碼真正執行的地方，下圖是我本機上fpm的進程情況，1一個master進程，3個worker進程：
從FPM接收到請求，到處理完畢，其具體的流程如下：
1.FPM的master進程接收到請求
2.master進程根據配置指派特定的worker進程進行請求處理，如果沒有可用進程，返回錯誤，這也是我們配合Nginx遇到502錯誤比較多的原因。
3.worker進程處理請求，如果超時，返回504錯誤
4.請求處理結束，返回結果
5.FastCGI子進程接着等待並處理來自FastCGI進程管理器（運行在 WebServer中）的下一個連接
4.那么Nginx，PHP-fpm和FastCGI是怎么的運行流程呢？
Nginx不支持對外部程序的直接調用或者解析，所有的外部程序（包括PHP）必須通過FastCGI接口來調用。FastCGI接口在Linux下是socket（這個socket可以是文件socket，也可以是ip socket）。
1)、FastCGI進程管理器php-fpm自身初始化，啟動主進程php-fpm和啟動start_servers個CGI 子進程。
主進程php-fpm主要是管理fastcgi子進程，監聽9000（這個根據配置文件的監聽端口改變而變）端口。
fastcgi子進程等待來自Web Server的連接。
2)、當客戶端請求到達Web Server Nginx是時，Nginx通過location指令，將所有以php為后綴的文件都交給127.0.0.1:9000來處理，即Nginx通過location指令，將所有以php為后綴的文件都交給127.0.0.1:9000來處理。
3）FastCGI進程管理器PHP-FPM選擇並連接到一個子進程CGI解釋器。Web server將CGI環境變量和標准輸入發送到FastCGI子進程。
4)、FastCGI子進程完成處理后將標准輸出和錯誤信息從同一連接返回Web Server。當FastCGI子進程關閉連接時，請求便告處理完成。
5)、FastCGI子進程接着等待並處理來自FastCGI進程管理器（運行在 WebServer中）的下一個連接。
以上流程是根據下方配置文件來說明：
PHP-FPM的默認配置php-fpm.conf：
listen_address 127.0.0.1:9000 #這個表示php的fastcgi進程監聽的ip地址以及端口
start_servers
min_spare_servers
max_spare_servers
Nginx配置運行php：編輯nginx.conf加入如下語句：
location ~ \.php$ {
root html;
fastcgi_pass 127.0.0.1:9000;指定了fastcgi進程偵聽的端口,nginx就是通過這里與php交互的
fastcgi_index index.php;
include fastcgi_params;
fastcgi_param SCRIPT_FILENAME /usr/local/nginx/html$fastcgi_script_name;
}
Nginx通過location指令，將所有以php為后綴的文件都交給127.0.0.1:9000來處理，而這里的IP地址和端口就是FastCGI進程監聽的IP地址和端口。
參考：
http://www.jianshu.com/p/d0b858ed5030
http://www.jianshu.com/p/a51a2d70e096
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