nginx 源码学习笔记（十四）—— 全局变量ngx_cycle

再打算正式开始研究core模块式，发现有一个很重要的变量ngx_cycle_t，一直伴随，如果不懂ngx_cycle可能读起代码来回非常困难，这里就来详细学习一下吧。本文大部分灵感来自于。http://blog.csdn.net/livelylittlefish/article/details/7247080和http://blog.sina.com.cn/s/blog_677be95b0100iivi.html谢谢作者提供很详细的资料。

依照惯例我们直接来看下

<span style="font-size: 16px;">/src/core/ngx_cycle.h
struct ngx_cycle_s {
    void                  ****conf_ctx;  //配置上下文数组(含所有模块)
    ngx_pool_t               *pool;      //内存池

    ngx_log_t                *log;       //日志
    ngx_log_t                 new_log;

    ngx_connection_t        **files;     //连接文件
    ngx_connection_t         *free_connections;  //空闲连接
    ngx_uint_t                free_connection_n; //空闲连接个数

    ngx_queue_t               reusable_connections_queue;  //再利用连接队列

    ngx_array_t               listening;     //监听数组
    ngx_array_t               pathes;        //路径数组
    ngx_list_t                open_files;    //打开文件链表
    ngx_list_t                shared_memory; //共享内存链表

    ngx_uint_t                connection_n;  //连接个数
    ngx_uint_t                files_n;       //打开文件个数

    ngx_connection_t         *connections;   //连接
    ngx_event_t              *read_events;   //读事件
    ngx_event_t              *write_events;  //写事件

    ngx_cycle_t              *old_cycle;     //old cycle指针

    ngx_str_t                 conf_file;     //配置文件
    ngx_str_t                 conf_param;    //配置参数
    ngx_str_t                 conf_prefix;   //配置前缀
    ngx_str_t                 prefix;        //前缀
    ngx_str_t                 lock_file;     //锁文件
    ngx_str_t                 hostname;      //主机名
};</span>

该结构体的大小是确定的，sizeof(ngx_cycle_t)=224。

其中，

• pathes数组元素结构为ngx_path_t；

• open_files链表元素结构为ngx_open_file_t；

• shared_memory链表元素结构为ngx_shm_zone_t；
• listening数组元素结构为ngx_listening_t，该数组用来存放监听套接字。

再来看下ngx_init_cycle函数的处理过程：

1.调用ngx_timezone_update()、ngx_timeofday()和ngx_time_update(0, 0)做时间校准；

2.创建一个新的ngx_cycle_t变量cycle，并且初始化其大部分的成员字段，有一些是从传入的old_cycle直接拷贝过来的，这些字段包括：log,conf_prefix,prefix,conf_file,conf_param；

<span style="font-size: 16px;">src/core/ngx_cycle.c

cycle->pool = pool;
cycle->log = log;
cycle->new_log.log_level = NGX_LOG_ERR;
cycle->old_cycle = old_cycle;

cycle->conf_prefix.len = old_cycle->conf_prefix.len;
cycle->conf_prefix.data = ngx_pstrdup(pool, &old_cycle->conf_prefix);

cycle->prefix.len = old_cycle->prefix.len;
cycle->prefix.data = ngx_pstrdup(pool, &old_cycle->prefix);

cycle->conf_file.len = old_cycle->conf_file.len;
cycle->conf_file.data = ngx_pnalloc(pool, old_cycle->conf_file.len + 1);

ngx_cpystrn(cycle->conf_file.data, old_cycle->conf_file.data,
            old_cycle->conf_file.len + 1);

cycle->conf_param.len = old_cycle->conf_param.len;
cycle->conf_param.data = ngx_pstrdup(pool, &old_cycle->conf_param);</span>

还有一些字段会判断一下old_cycle中是否存在，如果存在，则取得这些字段的占用空间，在cycle中申请等大的空间，并初始化（不拷贝），否则就申请默认大小的空间，这些字段有:pathes,open_files,share_memory,listening；

<span style="font-size: 16px;">src/core/ngx_cycle.c

n = old_cycle->pathes.nelts ? old_cycle->pathes.nelts : 10;

cycle->pathes.elts = ngx_pcalloc(pool, n * sizeof(ngx_path_t *));
cycle->pathes.nelts = 0;
cycle->pathes.size = sizeof(ngx_path_t *);
cycle->pathes.nalloc = n;
cycle->pathes.pool = pool;


if (old_cycle->open_files.part.nelts) {
    n = old_cycle->open_files.part.nelts;
    for (part = old_cycle->open_files.part.next; part; part = part->next) {
        n += part->nelts;
    }

} else {
    n = 20;
}

if (ngx_list_init(&cycle->open_files, pool, n, sizeof(ngx_open_file_t))
    != NGX_OK)
{
    ngx_destroy_pool(pool);
    return NULL;
}


if (old_cycle->shared_memory.part.nelts) {
    n = old_cycle->shared_memory.part.nelts;
    for (part = old_cycle->shared_memory.part.next; part; part = part->next)
    {
        n += part->nelts;
    }

} else {
    n = 1;
}

if (ngx_list_init(&cycle->shared_memory, pool, n, sizeof(ngx_shm_zone_t))
    != NGX_OK)
{
    ngx_destroy_pool(pool);
    return NULL;
}

n = old_cycle->listening.nelts ? old_cycle->listening.nelts : 10;
cycle->listening.elts = ngx_pcalloc(pool, n * sizeof(ngx_listening_t));
cycle->listening.nelts = 0;
cycle->listening.size = sizeof(ngx_listening_t);
cycle->listening.nalloc = n;
cycle->listening.pool = pool;</span>

还有一些字段是重新创建或者第一次赋值的：pool,new_log.log_level(=NGX_LOG_ERR),old_cycle(=old_cycle),hostname(gethostname)；

最重要的一个字段是conf_ctx,它被初始化为ngx_max_module个void *指针，这预示着conf_ctx是所有模块的配置结构的指针数组；

<span style="font-size: 16px;">for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
    if (ngx_modules[i]->type != NGX_CORE_MODULE) {
        continue;
    }

    module = ngx_modules[i]->ctx;

    if (module->create_conf) {
        rv = module->create_conf(cycle);//<span style="font-family: Verdana;">调用所有核心类模块的钩子create_conf</span>
        if (rv == NULL) {
            ngx_destroy_pool(pool);
            return NULL;
        }
        cycle->conf_ctx[ngx_modules[i]->index] = rv;//<span style="font-family: Verdana;">返回的配置结构指针放到conf_ctx数组中，偏移位置为ngx_module_t.index</span>
    }
}</span>

3.从命令行和配置文件中把所有配置更新到cycle的conf_ctx中:

首先调用ngx_conf_param把命令行中的指令（-g directives）转换为配置结构并把指针加入到cycle.conf_ctx中;

接着调用ngx_conf_parse(..,filename)把配置文件中的指令转换为配置结构并把指针加入到cycle.conf_ctx中。

<span style="font-size: 16px;">conf.ctx = cycle->conf_ctx;
conf.cycle = cycle;
conf.pool = pool;
conf.log = log;
conf.module_type = NGX_CORE_MODULE;
conf.cmd_type = NGX_MAIN_CONF;
    
if (ngx_conf_param(&conf) != NGX_CONF_OK) {
    environ = senv;
    ngx_destroy_cycle_pools(&conf);
    return NULL;
}

if (ngx_conf_parse(&conf, &cycle->conf_file) != NGX_CONF_OK) {
    environ = senv;
    ngx_destroy_cycle_pools(&conf);
    return NULL;
}</span>

ngx_conf_param最后也会调用ngx_conf_parse(..,NULL)，所以配置的更新主要是在ngx_conf_parse中进行的，这个函数中有一个for循环，每次循环调用ngx_conf_read_token取得一个配置指令（以；结尾）（这里在上一节已经详细将结果），然后调用ngx_conf_handler处理这条指令，ngx_conf_handler每次都会遍历所有模块的指令集，查找这条配置指令并分析其合法性，如果指令正确，则会创建配置结构并把指针加入到cycle.conf_ctx中，配置结构的赋值是调用该指令的钩子set完成的。

遍历指令集的过程首先是遍历所有的核心类模块，若是event类的指令，则会遍历到ngx_events_module，这个模块是属于核心类的，其钩子set又会嵌套调用ngx_conf_parse去遍历所有的event类模块，同样的，若是http类指令，则会遍历到ngx_http_module，该模块的钩子set进一步遍历所有的http类模块，mail类指令会遍历到ngx_mail_module，该模块的钩子进一步遍历到所有的mail类模块。要特别注意的是：这三个遍历过程中会在适当的时机调用event类模块、http类模块和mail类模块的创建配置和初始化配置的钩子。从这里可以看出，event、http、mail三类模块的钩子是配置中的指令驱动的；4.调用所有核心类模块的钩子init_conf，把模块的配置结构作为一个参数传入：init_conf(cycle, cycle->conf_ctx[ngx_modules[i]->index);

<span style="font-size: 16px;">src/core/ngx_cycle.c

for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
    if (ngx_modules[i]->type != NGX_CORE_MODULE) {
        continue;
    }

    module = ngx_modules[i]->ctx;

    if (module->init_conf) {
        if (module->init_conf(cycle, cycle->conf_ctx[ngx_modules[i]->index])
            == NGX_CONF_ERROR)
        {
            environ = senv;
            ngx_destroy_cycle_pools(&conf);
            return NULL;
        }
    }
}</span>

5.获得核心模块ngx_core_dodule的配置结构，然后调用ngx_create_pidfile创建pid文件。获取配置结构的代码：ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_core_module)，这里的ngx_get_conf是一个宏定义：#define ngx_get_conf(conf_ctx, module) <wbr>conf_ctx[module.index]；</wbr>

<span style="font-size: 16px;">ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_core_module);

    if (ngx_test_config) {

        if (ngx_create_pidfile(&ccf->pid, log) != NGX_OK) {
            goto failed;
        }

    } else if (!ngx_is_init_cycle(old_cycle)) {

        /*
         * we do not create the pid file in the first ngx_init_cycle() call
         * because we need to write the demonized process pid
         */

        old_ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(old_cycle->conf_ctx,
                                                   ngx_core_module);
        if (ccf->pid.len != old_ccf->pid.len
            || ngx_strcmp(ccf->pid.data, old_ccf->pid.data) != 0)
        {
            /* new pid file name */

            if (ngx_create_pidfile(&ccf->pid, log) != NGX_OK) {
                goto failed;
            }

            ngx_delete_pidfile(old_cycle);
        }
    }</span>

6.调用ngx_test_lockfile(filename,log)，ngx_create_pathes(cycle,user)，接着打开errorlog文件并赋值给cycle->new_log.file：cycle->new_log.file = ngx_conf_open_file(cycle, &error_log)；

7.打开新文件，在第2步的时候提到cycle->open_files这个链表是空的，只是给它预先分配了空间，并没有数据，这里之所以可能会有文件被打开，估计是前面读配置文件的时候，调用各个钩子的过程中，填充了这个链表，把ngx_open_file_t结构变量填充进来（结构体中包含要打开文件的路径信息），这是我猜测的，之后再验证：）接着修改一下cycle的成员：cycle->log = &cycle->new_log;pool->log = &cycle->new_log;

8.创建共享内存，和open_files类似，在第2步的时候cycle－>share_memory也初始化为一个空的链表，也是预分配了空间，如果此时链表中已经被填充了ngx_shm_zone_t结构变量（其中包含需要共享内存的尺寸和标识等信息），那么这里就会分配共享内存，并且调用合适的初始化钩子初始化分配的共享内存，每块共享内存都会有name标识，这里也会做一些排重，已经分配的就不会再去分配，从对open_files和share_memory的处理过程可以看出，nginx在资源管理上是集中分配的，请求资源的时候分配说明性的结构变量，然后在恰当的时机才去真正分配资源；

9.处理listening sockets，cycle->listening是ngx_listening_t结构的数组，把cycle->listening于old_cycle->listening进行比较，设置cycle->listening的一些状态信息，接着调用ngx_open_listening_sockets(cycle)启动cycle->listening中的所有监听socket，循环调用socket,bind,listen完成服务端监听socket的启动。接着调用ngx_configure_listening_sockets(cycle)配置监听socket，会根据ngx_listening_t中的状态信息设置socket的读写缓存和TCP_DEFER_ACCEPT；

10.调用所有模块的钩子init_module；

<span style="font-size: 16px;">for (i = 0; ngx_modules[i]; i++) {
        if (ngx_modules[i]->init_module) {
            if (ngx_modules[i]->init_module(cycle) != NGX_OK) {
                /* fatal */
                exit(1);
            }
        }
    }</span>

11.关闭或者删除一些残留在old_cycle中的资源，首先释放不用的共享内存，接着关闭不使用的监听socket，再关闭不使用的打开文件，最后把old_cycle放入ngx_old_cycles中，这是一个ngx_cycle_t *的数组，最后设定一个定时器，定期回调ngx_cleaner_event清理ngx_old_cycles，这里设置了30000ms清理一次。

<span style="font-size: 16px;">if (!ngx_cleaner_event.timer_set) {
        ngx_add_timer(&ngx_cleaner_event, 30000);
        ngx_cleaner_event.timer_set = 1;
    }</span>

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