Ubuntu 下 nginx-1.24.0 源码分析

ngx_os_init

声明在 src/os/unix/ngx_os.h

ngx_int_t ngx_os_init(ngx_log_t *log);

定义在 src\os\unix\ngx_posix_init.c

ngx_int_t
ngx_os_init(ngx_log_t *log)
{
    ngx_time_t  *tp;
    ngx_uint_t   n;
#if (NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)
    long         size;
#endif

#if (NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT)
    if (ngx_os_specific_init(log) != NGX_OK) {
        return NGX_ERROR;
    }
#endif

    if (ngx_init_setproctitle(log) != NGX_OK) {
        return NGX_ERROR;
    }

    ngx_pagesize = getpagesize();
    ngx_cacheline_size = NGX_CPU_CACHE_LINE;

    for (n = ngx_pagesize; n >>= 1; ngx_pagesize_shift++) { /* void */ }

#if (NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN)
    if (ngx_ncpu == 0) {
        ngx_ncpu = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
    }
#endif

    if (ngx_ncpu < 1) {
        ngx_ncpu = 1;
    }

#if (NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)
    size = sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE);
    if (size > 0) {
        ngx_cacheline_size = size;
    }
#endif

    ngx_cpuinfo();

    if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rlmt) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, log, errno,
                      "getrlimit(RLIMIT_NOFILE) failed");
        return NGX_ERROR;
    }

    ngx_max_sockets = (ngx_int_t) rlmt.rlim_cur;

#if (NGX_HAVE_INHERITED_NONBLOCK || NGX_HAVE_ACCEPT4)
    ngx_inherited_nonblocking = 1;
#else
    ngx_inherited_nonblocking = 0;
#endif

    tp = ngx_timeofday();
    srandom(((unsigned) ngx_pid << 16) ^ tp->sec ^ tp->msec);

    return NGX_OK;
}

初始化操作系统相关的参数和配置，为 Nginx 的运行环境做好准备

代码逻辑分析

操作系统特定初始化 ：

如果定义了 NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT，调用 ngx_os_specific_init 进行特定操作系统的初始化。
如果失败，直接返回错误。

进程标题初始化 ：

调用 ngx_init_setproctitle 初始化进程标题设置功能。
如果失败，直接返回错误。

系统参数初始化 ：

获取系统页面大小（getpagesize）并计算页面大小的对数（ngx_pagesize_shift）。
初始化 CPU 缓存行大小（ngx_cacheline_size），如果支持 _SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE，则从系统获取缓存行大小。

CPU 核心数初始化 ：

如果定义了 NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN，通过 sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN) 获取 CPU 核心数。
如果核心数小于 1，则默认设置为 1。

CPU 信息初始化 ：

调用 ngx_cpuinfo 获取 CPU 相关信息。

文件描述符限制 ：

使用 getrlimit 获取当前进程的最大文件描述符限制。
如果获取失败，记录错误日志并返回错误。

非阻塞套接字标志 ：

根据是否支持 NGX_HAVE_INHERITED_NONBLOCK 或 NGX_HAVE_ACCEPT4，设置 ngx_inherited_nonblocking 标志。

随机数种子初始化 ：

使用当前进程 ID、时间戳（秒和毫秒）生成随机数种子。

返回成功 ：

如果所有初始化步骤都成功，返回 NGX_OK。

详解

函数签名
ngx_int_t
ngx_os_init(ngx_log_t *log)
参数:

ngx_log_t *log ：日志对象指针，用于记录错误或调试信息。

返回值：

ngx_int_t Nginx 自定义的一个整数类型

NGX_OK ：表示函数执行成功，所有初始化步骤均顺利完成。
NGX_ERROR ：表示函数执行失败，某些初始化步骤未能完成

局部变量声明
    ngx_time_t  *tp;
    ngx_uint_t   n;
#if (NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)
    long         size;
#endif
tp：指向时间结构体 ngx_time_t 的指针，用于获取当前时间。
n：无符号整数，用于计算页面大小的对数。
size（条件编译）：长整型变量，用于存储 CPU 缓存行大小。

NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE

是 Nginx 源码中的一个宏，用于指示当前系统是否支持获取 CPU 一级缓存（L1 Data Cache）的缓存行大小

定义在 objs/ngx_auto_config.h 中
#ifndef NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE
#define NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE  1
#endif

操作系统特定初始化

#if (NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT)
    if (ngx_os_specific_init(log) != NGX_OK) {
        return NGX_ERROR;
    }
#endif

NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT ：
这是一个宏，表示是否需要执行特定操作系统的初始化逻辑。
ngx_os_specific_init ：
调用特定于操作系统的初始化函数。如果初始化失败，直接返回 NGX_ERROR。
意图：通过条件编译，支持不同操作系统的定制化初始化逻辑，增强跨平台兼容性。

NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT

定义在 src\os\unix\ngx_linux_config.h

#define NGX_HAVE_OS_SPECIFIC_INIT    1

使用 gcc -E 处理条件编译后，确认一下我当前 Ubuntu 环境下的实际情况

gcc -E src/os/unix/ngx_posix_init.c \
	-I src/core \
	-I src/event \
	-I src/event/modules \
	-I src/os/unix \
	-I objs \
	> ngx_posix_init_preprocessed.c

在输出文件中查找 ngx_os_init 函数

ngx_int_t
ngx_os_init(ngx_log_t *log)
{
    ngx_time_t *tp;
    ngx_uint_t n;

    long size;



    if (ngx_os_specific_init(log) != 0) {
        return -1;
    }


    if (ngx_init_setproctitle(log) != 0) {
        return -1;
    }

    ngx_pagesize = getpagesize();
    ngx_cacheline_size = 64;

    for (n = ngx_pagesize; n >>= 1; ngx_pagesize_shift++) { }


    if (ngx_ncpu == 0) {
        ngx_ncpu = sysconf(
# 60 "src/os/unix/ngx_posix_init.c" 3 4
                          _SC_NPROCESSORS_ONLN
# 60 "src/os/unix/ngx_posix_init.c"
                                              );
    }


    if (ngx_ncpu < 1) {
        ngx_ncpu = 1;
    }


    size = sysconf(
# 69 "src/os/unix/ngx_posix_init.c" 3 4
                  _SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE
# 69 "src/os/unix/ngx_posix_init.c"
                                            );
    if (size > 0) {
        ngx_cacheline_size = size;
    }


    ngx_cpuinfo();

    if (getrlimit(
# 77 "src/os/unix/ngx_posix_init.c" 3 4
                 RLIMIT_NOFILE
# 77 "src/os/unix/ngx_posix_init.c"
                              , &rlmt) == -1) {
        if ((log)->log_level >= 2) ngx_log_error_core(2, log, 
# 78 "src/os/unix/ngx_posix_init.c" 3 4
       (*__errno_location ())
# 78 "src/os/unix/ngx_posix_init.c"
       , "getrlimit(RLIMIT_NOFILE) failed")
                                                        ;
        return -1;
    }

    ngx_max_sockets = (ngx_int_t) rlmt.rlim_cur;


    ngx_inherited_nonblocking = 1;




    tp = (ngx_time_t *) ngx_cached_time;
    srandom(((unsigned) ngx_pid << 16) ^ tp->sec ^ tp->msec);

    return 0;
}

ngx_os_specific_init

Ubuntu 下 nginx-1.24.0 源码分析 - ngx_os_specific_init函数-CSDN博客

进程标题初始化
    if (ngx_init_setproctitle(log) != NGX_OK) {
        return NGX_ERROR;
    }
ngx_init_setproctitle ：初始化进程标题设置功能，允许修改进程的命令行标题（如 ps 命令中显示的内容）
意图：方便管理员通过工具查看 Nginx 进程的状态（如主进程、工作进程等）

ngx_init_setproctitle

Ubuntu 下 nginx-1.24.0 源码分析 - ngx_init_setproctitle函数-CSDN博客

系统页面大小初始化
    ngx_pagesize = getpagesize();
    ngx_cacheline_size = NGX_CPU_CACHE_LINE;
    for (n = ngx_pagesize; n >>= 1; ngx_pagesize_shift++) { /* void */ }
getpagesize() ：获取系统页面大小（单位为字节），例如 4KB。
ngx_pagesize ：全局变量，存储页面大小。
ngx_cacheline_size ：全局变量，存储 CPU 缓存行大小，默认值为 NGX_CPU_CACHE_LINE。
for 循环 ：计算页面大小的对数（ngx_pagesize_shift），即页面大小是 2 的多少次幂。例如，4KB 的页面大小对应 ngx_pagesize_shift = 12。
意图：页面大小和缓存行大小是性能优化的重要参数，直接影响内存分配和 CPU 缓存效率。

getpagesize

在 C 语言中，getpagesize() 函数用于获取系统内存页的大小（以字节为单位）

函数原型
int getpagesize(void);
返回值

返回值是一个整数，表示系统内存页的大小（以字节为单位）
例如，在许多现代系统上，返回值通常是 4096 字节（即 4KB）

需要包含以下头文件：
#include <unistd.h>
NGX_CPU_CACHE_LINE

定义在 objs/ngx_auto_config.h
#ifndef NGX_CPU_CACHE_LINE
#define NGX_CPU_CACHE_LINE  64
#endif

CPU 核心数初始化
#if (NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN)
    if (ngx_ncpu == 0) {
        ngx_ncpu = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
    }
#endif
    if (ngx_ncpu < 1) {
        ngx_ncpu = 1;
    }
sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN) ：获取当前系统在线的 CPU 核心数。
ngx_ncpu ：全局变量，存储 CPU 核心数。
默认值处理 ：如果核心数小于 1，则设置为 1（防止异常情况）。
设计意图 ：根据 CPU 核心数动态调整工作线程的数量，充分利用多核优势。

NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN

定义在 objs/ngx_auto_config.h
#ifndef NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN
#define NGX_HAVE_SC_NPROCESSORS_ONLN  1
#endif
用于指示当前系统是否支持通过 sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN) 获取在线 CPU 核心数。它的定义与否取决于目标操作系统和硬件平台的特性

不同的操作系统对 sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN) 的支持情况不同：

Linux ：完全支持 sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN)，因此该宏通常会被定义。
Windows ：Windows 不支持 POSIX 标准的 sysconf 函数，因此该宏不会被定义

sysconf

函数原型
long sysconf(int name);
返回值 ：

成功时，返回与 name 参数对应的系统配置值。
如果发生错误（例如参数无效或功能不支持），返回 -1。

参数：

name：指定要查询的系统配置选项。它是一个常量，表示不同的系统属性。
_SC_NPROCESSORS_ONLN 是其中一个常量，表示系统中当前在线的 CPU 核心数。

CPU 缓存行大小初始化
#if (NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)
    size = sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE);
    if (size > 0) {
        ngx_cacheline_size = size;
    }
#endif
sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE) ：获取一级缓存行大小。
更新 ngx_cacheline_size ：如果获取到的值有效，则更新全局变量。
意图：缓存行大小影响内存对齐和性能优化，动态获取可以适配不同的硬件架构。

NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE

定义在 objs/ngx_auto_config.h
#ifndef NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE
#define NGX_HAVE_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE  1
#endif

CPU 信息初始化
    ngx_cpuinfo();
ngx_cpuinfo ：获取 CPU 的详细信息（如型号、特性等），并存储在全局变量中。

ngx_cpuinfo

Ubuntu 下 nginx-1.24.0 源码分析 - ngx_cpuinfo 函数-CSDN博客

文件描述符限制初始化
    if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rlmt) == -1) {
        ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, log, errno,
                      "getrlimit(RLIMIT_NOFILE) failed");
        return NGX_ERROR;
    }
    ngx_max_sockets = (ngx_int_t) rlmt.rlim_cur;
getrlimit ：获取当前进程的最大文件描述符限制。
rlmt ：存储限制值的结构体。
ngx_max_sockets ：全局变量，存储最大文件描述符数量。
错误处理 ：如果获取失败，记录错误日志并返回 NGX_ERROR。
意图：文件描述符限制决定了 Nginx 能同时处理的最大连接数，合理设置可以避免资源耗尽。

getrlimit

getrlimit 是一个 POSIX 标准函数，用于获取当前进程的资源限制。

它允许程序查询操作系统对某种资源的硬限制（hard limit）和软限制（soft limit）

函数原型
int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim);
返回值 ：

成功时返回 0。
失败时返回 -1，并设置 errno 表示错误原因。

(1) resource 参数

类型：int

含义：指定要查询的资源类型。

常用值 ：

RLIMIT_NOFILE：表示文件描述符的最大数量（Number of Open Files）。
其他可能的值包括：
RLIMIT_CPU：CPU 时间限制。
RLIMIT_DATA：数据段大小限制。
RLIMIT_STACK：栈大小限制。

意图：

在这里，RLIMIT_NOFILE 被传递给 getrlimit，表示我们关心的是文件描述符的数量限制。

(2) rlim 参数

类型：struct rlimit *
含义：指向一个 rlimit 结构体的指针，用于存储查询结果。

rlimit 结构体定义
struct rlimit {
    rlim_t rlim_cur;  // 软限制（Soft Limit）
    rlim_t rlim_max;  // 硬限制（Hard Limit）
};
rlim_cur ：

当前生效的限制值（软限制）。
进程可以动态调整软限制，但不能超过硬限制。

rlim_max ：

最大允许的限制值（硬限制）。
只有超级用户（root）才能修改硬限制。

意图

获取文件描述符限制

文件描述符是操作系统用于管理打开文件、套接字等资源的抽象句柄。
每个进程都有一个文件描述符表，其大小由 RLIMIT_NOFILE 决定。
通过调用 getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rlmt)，Nginx 获取当前进程的文件描述符限制：
rlmt.rlim_cur：当前允许的最大文件描述符数量（软限制）。
rlmt.rlim_max：理论上允许的最大文件描述符数量（硬限制）。

非阻塞套接字标志初始化
#if (NGX_HAVE_INHERITED_NONBLOCK || NGX_HAVE_ACCEPT4)
    ngx_inherited_nonblocking = 1;
#else
    ngx_inherited_nonblocking = 0;
#endif
ngx_inherited_nonblocking ：全局变量，指示是否支持继承非阻塞套接字。
条件编译 ：根据是否支持 NGX_HAVE_INHERITED_NONBLOCK 或 NGX_HAVE_ACCEPT4 设置标志。
意图：非阻塞套接字是高并发网络编程的基础，确保套接字行为一致。

NGX_HAVE_INHERITED_NONBLOCK

含义：

表示当前系统是否支持继承非阻塞套接字（Inherited Non-blocking Sockets）。
如果定义了该宏，则表示系统允许父进程创建的套接字在子进程中保持非阻塞状态。

背景：

在传统的网络编程中，套接字的阻塞或非阻塞状态是由每个进程独立管理的。
如果系统支持继承非阻塞套接字，则父进程设置的非阻塞状态可以直接被子进程继承，而无需额外的系统调用。

优点：

减少了系统调用的开销，提高了性能。
简化了多进程模型中的套接字管理逻辑。

NGX_HAVE_ACCEPT4

含义：

表示当前系统是否支持 accept4 系统调用。
accept4 是 Linux 内核 2.6.28 引入的一个扩展版本的 accept 系统调用，允许在接收新连接时直接设置套接字选项（如非阻塞模式）。

背景：

传统的 accept 系统调用仅返回一个新的套接字文件描述符，但无法直接设置套接字选项。
使用 accept4 可以在接收连接的同时设置套接字为非阻塞模式或其他选项，从而减少额外的系统调用。

优点：

提高了性能，减少了系统调用次数。
简化了代码逻辑，避免了在 accept 后手动调用 fcntl 或其他函数来设置套接字选项。

随机数种子初始化
    tp = ngx_timeofday();
    srandom(((unsigned) ngx_pid << 16) ^ tp->sec ^ tp->msec);
ngx_timeofday ：获取当前时间戳。
srandom ：设置随机数种子。
种子生成公式 ：(进程 ID << 16) ^ 当前秒数 ^ 当前毫秒数。
意图：随机数种子用于生成唯一的随机数序列，避免每次运行时生成相同的随机数。

ngx_timeofday

定义在 src/core/ngx_times.h
#define ngx_timeofday()      (ngx_time_t *) ngx_cached_time
srandom ：

srandom 是标准库函数，用于设置随机数生成器的种子。

种子值决定了随机数序列的初始状态。如果种子值不同，生成的随机数序列也会不同。