Nginx accept鎖的機制和實現
提到accept鎖，就不得不提起驚群問題。
所謂驚群問題，就是指的像Nginx這種多程序的伺服器，在fork後同時監聽同一個埠時，如果有一個外部連線進來，會導致所有休眠的子程序被喚醒，而最終只有一個子程序能夠成功處理accept事件，其他程序都會重新進入休眠中。這就導致出現了很多不必要的schedule和上下文切換，而這些開銷是完全不必要的。
而在Linux核心的較新版本中，accept呼叫本身所引起的驚群問題已經得到瞭解決，但是在Nginx中，accept是交給epoll機制來處理的，epoll的accept帶來的驚群問題並沒有得到解決（應該是epoll_wait本身並沒有區別讀事件是否來自於一個Listen套接字的能力，所以所有監聽這個事件的程序會被這個epoll_wait喚醒。），所以Nginx的accept驚群問題仍然需要定製一個自己的解決方案。
accept鎖就是nginx的解決方案，本質上這是一個跨程序的互斥鎖，以這個互斥鎖來保證只有一個程序具備監聽accept事件的能力。
實現上accept鎖是一個跨程序鎖，其在Nginx中是一個全域性變數，宣告如下：
ngx_shmtx_tngx_accept_mutex; 複製程式碼
這是一個在event模組初始化時就分配好的鎖，放在一塊程序間共享的記憶體中，以保證所有程序都能訪問這一個例項，其加鎖解鎖是藉由linux的原子變數來做CAS，如果加鎖失敗則立即返回，是一種非阻塞的鎖。加解鎖程式碼如下：
static ngx_inline ngx_uint_t
ngx_shmtx_trylock(ngx_shmtx_t *mtx)
{
return (*mtx->lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(mtx->lock, 0, ngx_pid));
}
#define ngx_shmtx_lock(mtx)ngx_spinlock((mtx)->lock, ngx_pid, 1024)
#define ngx_shmtx_unlock(mtx) (void) ngx_atomic_cmp_set((mtx)->lock, ngx_pid, 0)
複製程式碼
可以看出，呼叫ngx_shmtx_trylock
失敗後會立刻返回而不會阻塞。
1.2 accept鎖如何保證只有一個程序能夠處理新連線
要解決epoll帶來的accept鎖的問題也很簡單，只需要保證同一時間只有一個程序註冊了accept的epoll事件即可。
Nginx採用的處理模式也沒什麼特別的，大概就是如下的邏輯：
嘗試獲取accept鎖 if 獲取成功： 在epoll中註冊accept事件 else: 在epoll中登出accept事件 處理所有事件 釋放accept鎖 複製程式碼
當然這裡忽略了延後事件的處理，這部分我們放到後面討論。
對於accept鎖的處理和epoll中註冊登出accept事件的的處理都是在ngx_trylock_accept_mutex
中進行的。而這一系列過程則是在nginx主體迴圈中反覆呼叫的void ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle)
中進行。
也就是說，每輪事件的處理都會首先競爭accept鎖，競爭成功則在epoll中註冊accept事件，失敗則登出accept事件，然後處理完事件之後，釋放accept鎖。由此只有一個程序監聽一個listen套接字，從而避免了驚群問題。
1.3 事件處理機制為不長時間佔用accept鎖作了哪些努力
accept鎖處理驚群問題的方案看起來似乎很美，但如果完全使用上述邏輯，就會有一個問題：如果伺服器非常忙，有非常多事件要處理，那麼“處理所有事件這一步”就會消耗非常長的時間，也就是說，某一個程序長時間佔用accept鎖，而又無暇處理新連線；其他程序又沒有佔用accept鎖，同樣無法處理新連線——至此，新連線就處於無人處理的狀態，這對服務的實時性無疑是很要命的。
為了解決這個問題，Nginx採用了將事件處理延後的方式。即在ngx_process_events
的處理中，僅僅將事件放入兩個佇列中：
ngx_thread_volatile ngx_event_t*ngx_posted_accept_events; ngx_thread_volatile ngx_event_t*ngx_posted_events; 複製程式碼
返回後先處理ngx_posted_accept_events
後立刻釋放accept鎖，然後再慢慢處理其他事件。
即ngx_process_events
僅對epoll_wait
進行處理，事件的消費則放到accept鎖釋放之後，來最大限度地縮短佔有accept的時間，來讓其他程序也有足夠的時機處理accept事件。
那麼具體是怎麼實現的呢？其實就是在static ngx_int_t ngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags)
的flags引數中傳入一個NGX_POST_EVENTS
的標誌位，處理事件時檢查這個標誌位即可。
這裡只是避免了事件的消費對於accept鎖的長期佔用，那麼萬一epoll_wait本身佔用的時間很長呢？這種事情也不是不可能發生。這方面的處理也很簡單，epoll_wait本身是有超時時間的，限制住它的值就可以了，這個引數儲存在ngx_accept_mutex_delay
這個全域性變數中。
下面放上ngx_process_events_and_timers
的實現程式碼，可以大概一觀相關的處理：
void
ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle)
{
ngx_uint_tflags;
ngx_msec_ttimer, delta;
/* 省略一些處理時間事件的程式碼 */
// 這裡是處理負載均衡鎖和accept鎖的時機
if (ngx_use_accept_mutex) {
// 如果負載均衡token的值大於0, 則說明負載已滿，此時不再處理accept, 同時把這個值減一
if (ngx_accept_disabled > 0) {
ngx_accept_disabled--;
} else {
// 嘗試拿到accept鎖
if (ngx_trylock_accept_mutex(cycle) == NGX_ERROR) {
return;
}
// 拿到鎖之後把flag加上post標誌，讓所有事件的處理都延後
// 以免太長時間佔用accept鎖
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個毫秒，防止佔用太久accept鎖
}
}
}
}
delta = ngx_current_msec;
// 呼叫事件處理模組的process_events，處理一個epoll_wait的方法
(void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);
delta = ngx_current_msec - delta; //計算處理events事件所消耗的時間
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"timer delta: %M", delta);
// 如果有延後處理的accept事件，那麼延後處理這個事件
if (ngx_posted_accept_events) {
ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events);
}
// 釋放accept鎖
if (ngx_accept_mutex_held) {
ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex);
}
// 處理所有的超時事件
if (delta) {
ngx_event_expire_timers();
}
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"posted events %p", ngx_posted_events);
if (ngx_posted_events) {
if (ngx_threaded) {
ngx_wakeup_worker_thread(cycle);
} else {
// 處理所有的延後事件
ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_events);
}
}
}
複製程式碼
再來看看ngx_epoll_process_events
的相關處理：
// 讀事件
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;
// 寫事件
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);
}
}
複製程式碼
處理也相對簡單，如果拿到了accept鎖，就會有NGX_POST_EVENTS
標誌那麼就會放到相應的佇列中。沒有的話就會直接處理事件。