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【Nginx】定时器事件
转自：烟雨江南
Nginx事件管理主要是网络事件和定时器事件。下面介绍定时器事件管理，即超时管理。
为什么进行超时管理？
Nginx有必要对可能发生超时的事件进行统一管理，并在事件超时时作出相应的处理，比如回收资源，返回错误等。举例来说，当客户端对nginx发出请求连接后，nginx会accept()并建立对应的连接对象、读取请求的头部信息。而读取这个头部信息显然是要在一定的时间内完成的。如果在一个有限的时间内没有读取到头部信息或者读取的头部信息不完整，那么nginx就无法进行正常处理，并且认为这是一个错误/非法的请求，直接返回错误信息并释放相应资源，如果nginx不这样做，那么针对如此的恶意攻击就很容易实施。
如何进行超时管理？
对于超时管理，要解决两个问题：
nginx采用的是红黑树。
超时事件对象的组织
Nginx设置了两个全局变量以便在程序的任何地方都可以哀诉的访问到这棵红棵树（src/event/ngx_event_timer.c）：
ngx_thread_volatile ngx_rbtree_t ngx_event_timer_rbtree;//超时管理的红黑树结构static ngx_rbtree_node_t ngx_event_timer_sentinel;//红黑树中的哨兵节点
红黑树结构的初始化
static ngx_int_tngx_event_process_init(ngx_cycle_t *cycle){ .... if (ngx_event_timer_init(cycle->log) == NGX_ERROR) { return NGX_ERROR; } ...}
函数ngx_event_timer_init完成了红黑树结构的初始化：
/* * the event timer rbtree may contain the duplicate keys, however, * it should not be a problem, because we use the rbtree to find * a minimum timer value only */ngx_int_tngx_event_timer_init(ngx_log_t *log){ //红黑树初始化 ngx_rbtree_init(&ngx_event_timer_rbtree, &ngx_event_timer_sentinel, ngx_rbtree_insert_timer_value); //多线程处理#if (NGX_THREADS) if (ngx_event_timer_mutex) { ngx_event_timer_mutex->log = log; return NGX_OK; } ngx_event_timer_mutex = ngx_mutex_init(log, 0); if (ngx_event_timer_mutex == NULL) { return NGX_ERROR; }#endif return NGX_OK;}
而ngx_rbtree_init(tree, s, i) 是宏定义（src/core/ngx_rbtree.h），即新建了一棵空的红黑树：
#define ngx_rbtree_init(tree, s, i) ngx_rbtree_sentinel_init(s); (tree)->root = s; (tree)->sentinel = s; (tree)->insert = i
对事件进行超时监控：
当需要对某个事件进行超时监控时，就会把它加入到这个红黑树内。比如，nginx调用accept接受到客户端的请求并建立对应的连接对象connection后，在连接对象的初始化函数ngx_http_init_connection()内，可以找到这样的代码：
voidngx_http_init_connection(ngx_connection_t *c){...(358L)ngx_add_timer(rev, c->listening->post_accept_timeout);...}
ngx_add_timer的第一个参数是事件对象，第二个参数是超时时限。
超时检测：
voidngx_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();//将超时检测时间设置为最快发生超时的事件对象的超时时刻与当前时刻之差 flags = NGX_UPDATE_TIME;...(void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);...}
static ngx_int_tngx_event_process_init(ngx_cycle_t *cycle){ ... sa.sa_handler = ngx_timer_signal_handler; sigemptyset(&sa.sa_mask); itv.it_interval.tv_sec = ngx_timer_resolution / 1000; itv.it_interval.tv_usec = (ngx_timer_resolution % 1000) * 1000; itv.it_value.tv_sec = ngx_timer_resolution / 1000; itv.it_value.tv_usec = (ngx_timer_resolution % 1000 ) * 1000; if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -1) { ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno, "setitimer() failed"); } ....}
回调函数ngx_timer_signal_handler：
static voidngx_timer_signal_handler(int signo){ ngx_event_timer_alarm = 1;#if 1 ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ngx_cycle->log, 0, "timer signal");#endif}
可以看出它仅仅是将标志变量ngx_event_timer_alarm 设置为1.
static ngx_int_tngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags){... events = epoll_wait(ep, event_list, (int) nevents, timer); err = (events == -1) ? ngx_errno : 0; if (flags & NGX_UPDATE_TIME || ngx_event_timer_alarm) { ngx_time_update(); }...}
在 方案一的情况下，||前面的式子为假，那么ngx_event_timer_alarm 不为1 的情况下，更新函数ngx_time_update()不会被执行。那么会导致超时检测函数ngx_event_expire_timers不会被执行。 看ngx_process_events_and_timers函数的代码（ngx_event.c）：
voidngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle){... delta = ngx_current_msec; (void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);//事件处理函数 delta = ngx_current_msec - delta;...if (delta) { ngx_event_expire_timers();//超时检测函数 }...}
当ngx_timer_resolution为0时，执行方案2。timer设置为最快发生超时的事件对象的超时时刻与当前时刻的时间差。具体计算时在函数ngx_event_find_timer内（ngx_event_timer.c）。
ngx_msec_tngx_event_find_timer(void){ ngx_msec_int_t timer; ngx_rbtree_node_t *node, *root, *sentinel; if (ngx_event_timer_rbtree.root == &ngx_event_timer_sentinel) { return NGX_TIMER_INFINITE; } ngx_mutex_lock(ngx_event_timer_mutex); root = ngx_event_timer_rbtree.root; sentinel = ngx_event_timer_rbtree.sentinel; node = ngx_rbtree_min(root, sentinel); ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex); timer = (ngx_msec_int_t) (node->key - ngx_current_msec); return (ngx_msec_t) (timer > 0 ? timer : 0);}
该函数从红黑树中找到key值最小的节点，然后用key值减去当前时刻即得到预期timer值。这个值可能是负数，表示已经有事件超时了。因此直接将其设置 为0.那么事件处理 机制在开始监控I/O事件时会立即返回，以便马上处理这些超时事件。同时flags被设置为NGX_UPDATE_TIME。从 ngx_epoll_process_events函数的代码中可以看出ngx_time_update()将被执行，事件被更新。即事件处理机制每次返 回都会更新时间。如果I/O事件比较多，那么会导致比较频繁地调用gettimeofday()系统函数，这也可以说是超时检测方案2对性能的最大影响。 这个时候超时检测函数ngx_event_expire_timers()函数会被执行。
下面是其核心代码：
voidngx_event_expire_timers(void){ ngx_event_t *ev; ngx_rbtree_node_t *node, *root, *sentinel; sentinel = ngx_event_timer_rbtree.sentinel; //循环检测 for ( ;; ) { ngx_mutex_lock(ngx_event_timer_mutex); root = ngx_event_timer_rbtree.root; if (root == sentinel) { return; } //找到最近的即将超时的超时事件对象 node = ngx_rbtree_min(root, sentinel); /* node->key <= ngx_current_time */ //如果已经超时 if ((ngx_msec_int_t) (node->key - ngx_current_msec) <= 0) { ev = (ngx_event_t *) ((char *) node - offsetof(ngx_event_t, timer)); ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ev->log, 0, "event timer del: %d: %M", ngx_event_ident(ev->data), ev->timer.key); //从红黑树中移除这个已超时的超时事件对象 ngx_rbtree_delete(&ngx_event_timer_rbtree, &ev->timer); ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex);#if (NGX_DEBUG) ev->timer.left = NULL; ev->timer.right = NULL; ev->timer.parent = NULL;#endif //标记：是否已加入红黑树超时管理 ev->timer_set = 0; //标记：是否超时 ev->timedout = 1; //调用回调函数 ev->handler(ev); continue; } break; } ngx_mutex_unlock(ngx_event_timer_mutex);}