Nginx底层设计与源码分析

(1)理解源码：涵盖内存、配置、进程、网络、事件、负载、日志等模块。

(2)直播模块开发：Nginx的RTMP直播服务实现，经过百万在线验证实践。

(3) 跨平台实现：涵盖编译过程、共享内存等。

(4)直击本质：多角度分析Nginx底层原理和设计，揭示Nginx高并发高性能本质。

本书详解了Nginx架构、执行流程、模块实现与数据结构，剖析了Nginx源码设计精髓与应用。

第1～2章介绍Nginx编译安装、基础架构与设计理念，涵盖源码结构、J程模型等，让读者对Nginx有整体性了解。

第3章从内存池、共享内存展开介绍Nginx的内存管理与使用。

第4章分析Nginx的数据结构，即字符串、数组、链表、队列、散列、红黑树、基数树的数据结构和算法。

第5章详细介绍main配置块、events配置块与http配置块，呈现Nginx配置解析的全过程。

第6章完整地介绍了Nginx的 J程管理，涵盖 J程模式、master J程、worker J程以及 J程间通信机制。

第7章详细分析HTTP模块及其处理的11个阶段，如模块初始化流程、请求解析、请求响应等。

第8章介绍了Upstream机制，涵盖初始化、上下游连接建立、长连接等，着重介绍了FastCGI通信流程。

第9章详细介绍Event模块的实现以及Nginx中的惊群处理。

第10章介绍Nginx的负载均衡、限流、日志等模块实现。

第11章介绍跨平台实现，涵盖编译过程、共享内存等。

第12章介绍Nginx的RTMP直播服务实现，着重介绍RTMP包协议与中继模块实现。

★聂松松

好未来学而思网校学习研发直播系统后端负责人，负责网校核心直播系统开发和架构工作，拥有多年音视频及流媒体相关工作经验，精通Nginx、ffmpeg相关技术栈。

★赵禹
好未来后端资深开发工程师，曾参与自主创业。目前负责云容器平台Kubernetes组件开发，熟悉PHP、Nginx、Redis、MySQL等源码实现，乐于钻研技术。

★施洪宝
好未来后端开发专家，对Redis、Nginx、MySQL等开源软件有较深的理解，熟悉C/C++、Go语言开发，乐于钻研技术，合著有《Redis 5设计与源码分析》。

★景罗
高级技术专家，曾在搜狐、新浪工作，拥有7年后端架构开发经验，熟悉PHP、Nginx、Redis、MySQL等源码实现，擅长高并发处理及大型网站架构开发。

★黄桃　
高级技术专家，曾在滴滴等公司工作，拥有8年后端架构开发经验，著有《PHP 7底层设计与源码实现》等书籍。

★李乐
好未来学而思网校PHP开发专家，乐于钻研技术与源码研究，对Redis和Nginx有较深的理解，合著有《Redis 5设计与源码分析》。

★张报
好未来集团接入层网关方向负责人，对Nginx、Tengine、OpenResty等高性能Web服务器有深入理解，精通大型站点架构与流量调度系统的设计与实现。

★闫昌　
好未来后端开发专家，深耕信息安全领域多年，对Linux服务端开发有较深见解，擅长高并发业务的实现。

★田峰　
学而思学服研发部负责人，从业10余年，曾在搜狗、百度、360等公司从事研发和技术管理工作，在高性能服务架构设计及复杂业务系统开发方面拥有丰富的经验。

★韩天峰，好未来学而思网校首席架构师
不同于市面上常见的Nginx应用书籍，本书从Nginx底层的多进程模型、异步非阻塞I/O、数据结构与内存管理、通信协议与机制等角度分析了Nginx的底层原理和设计思路，揭示了Nginx高并发、高性能的本质，值得一读。

★陈雷，好未来学而思网校技术负责人　
本书详细地介绍了Nginx的原理和实现，从基础数据结构，到HTTP请求，再到反馈的整个流程，非常详细。对Nginx初学者与对Nginx有兴趣的读者来说，这本书都非常值得读。

前　言

第1章　Nginx源码与编译安装 1

1.1　Nginx优势与4种应用示例 1

1.2　Nginx源码结构 4

1.3　Nginx编译安装 5

1.4　本章小结 6

第2章　Nginx基础架构与设计理念 7

2.1　Nginx进程模型 7

2.2　Nginx模块化设计 9

2.2.1　模块分类 9

2.2.2　模块接口 10

2.2.3　模块分工 12

2.3　Nginx事件驱动 13

2.4　本章小结 14

第3章　Nginx内存管理 15

3.1　Nginx内存管理简介 15

3.2　Nginx内存池 16

3.2.1　内存池结构 16

3.2.2　申请内存 17

3.2.3　释放内存 20

3.3　Nginx共享内存 22

3.3.1　共享内存的创建及销毁 22

3.3.2　互斥锁 23

3.3.3　共享内存管理 25

3.3.4　共享内存使用 30

3.4　本章小结 31

第4章　基本数据结构 32

4.1　字符串 32

4.2　数组 33

4.3　链表 35

4.4　队列 37

4.5　散列 42

4.6　红黑树 46

4.7　基数树 56

4.8　本章小结 59

第5章　配置文件解析 60

5.1　配置文件简介 60

5.2　主函数ngx_conf_parse 63

5.3　解析main配置 65

5.3.1　创建main配置上下文 65

5.3.2　解析配置指令 66

5.4　解析events配置块 69

5.5　解析http配置块 71

5.5.1　main配置解析 71

5.5.2　server配置解析 74

5.5.3　location配置解析 76

5.5.4　配置合并 79

5.5.5　location配置再处理 81

5.5.6　upstream配置解析 83

5.6　本章小结 85

第6章　Nginx进程机制 86

6.1　Nginx进程模式 86

6.1.1　daemon模式 86

6.1.2　单进程模式和多进程模式 88

6.1.3　进程模式源码解析 88

6.2　Master进程 91

6.3　Worker进程 93

6.4　进程间通信机制 99

6.4.1　信号定义 99

6.4.2　信号注册 101

6.4.3　信号处理 102

6.4.4　Master进程处理机制 106

6.4.5　Worker进程处理机制 110

6.4.6　Master进程与Worker进程通信 111

6.5　本章小结 115

第7章　HTTP模块 116

7.1　整体流程 117

7.1.1　HTTP模块初始化 117

7.1.2　HTTP请求解析 118

7.1.3　HTTP请求处理与响应 120

7.2　HTTP服务初始化 123

7.2.1　模块初始化 123

7.2.2　事件初始化 126

7.2.3　HTTP会话建立 128

7.3　HTTP请求解析 130

7.3.1　基础结构体 131

7.3.2　接收请求流程 135

7.3.3　解析请求行 137

7.3.4　解析请求头 143

7.4　HTTP请求处理 148

7.4.1　多阶段划分 148

7.4.2　11个阶段初始化 153

7.4.3　处理HTTP请求 155

7.4.4　处理请求体 169

7.5　HTTP请求响应 177

7.5.1　过滤模块 177

7.5.2　发送HTTP响应 182

7.5.3　结束HTTP响应 190

7.6　本章小结 197

第8章　Upstream机制 198

8.1　Upstream简介 198

8.2　初始化Upstream 200

8.3　与上游建立连接 205

8.4　发送请求到上游 208

8.5　处理上游响应头 210

8.6　处理上游响应体 213

8.7　结束请求 217

8.8　重试机制 219

8.9　长连接 220

8.10　FastCGI模块 225

8.10.1　FastCGI协议简介 225

8.10.2　FastCGI通信流程 226

8.10.3　Nginx FastCGI 227

8.11　本章小结 228

第9章　Event模块实现 229

9.1　基础知识及相关配置项介绍 230

9.1.1　基本概念 230

9.1.2　基本网络模型 230

9.1.3　epoll网络模型 231

9.1.4　Event模块相关配置项介绍 234

9.2　Nginx事件模型 234

9.2.1　文件事件 235

9.2.2　时间事件 235

9.2.3　进程池 237

9.2.4　监听池 237

9.2.5　连接池 238

9.2.6　事件池 240

9.2.7　Event模块初始化过程 244

9.2.8　请求处理流程 257

9.3　Nginx的惊群处理 262

9.4　Nginx的陈旧事件处理 264

9.5　本章小结 266

第10章　其他模块 267

10.1　负载均衡模块 267

10.1.1　 Nginx负载均衡算法简介 267

10.1.2　Nginx负载均衡配置指令 268

10.1.3　Nginx负载均衡算法实现 270

10.2　限流模块 276

10.2.1　常见限流算法 276

10.2.2　Nginx限流配置 277

10.2.3　限流实现原理 278

10.3　日志模块 287

10.3.1　日志模块配置指令 288

10.3.2　日志模块实现原理 290

10.4　本章小结 295

第11章　跨平台实现 296

11.1　configure实现详解 296

11.2　跨平台的原子操作和锁 304

11.3　信号量 311

11.4　信号和进程管理 315

11.5　共享内存 322

11.6　本章小结 325

第12章　基于Nginx的RTMP直播服务实现 326

12.1　Nginx-RTMP简介 326

12.2　握手 328

12.3　分块 331

12.4　Nginx-RTMP模块 335

12.5　中继模块 342

12.6　本章小结 347

【本书特色】

内容丰富：除了Nginx相关的进程、数据结构、配置、HTTP模块、内存等内容，还附带编译脚手架和RTMP模块的详细讲解。通过学习这些内容，读者可以了解模块的构成，开发定制模块。
深入浅出：Nginx源码设计中涉及很多知识，这对入门读者来说有一定的难度。所以本书结合案例分析，让读者更轻松地理解这些庞杂、有难度的知识。
实战讲解：通过关键代码片段以及原理分析进行实战难点讲解。某些代码分析还带有源码调试分析与处理流程图，便于读者动手实战，快速入门。

【本书结构】

本书共12章，主要内容介绍如下。
第1章介绍Nginx源码与编译安装，第2章介绍Nginx基础架构与设计理念，这两章从Nginx的优势、源码结构、进程模型等几个方面概述Nginx。
第3章介绍Nginx的内存管理，从内存池、共享内存两方面介绍Nginx内存管理的相关内容。
第4章介绍Nginx的基本数据结构，包括字符串、数组、链表、队列、散列、红黑树、基数树的数据结构和算法。
第5章解析Nginx的配置文件，通过对main配置块、events配置块与http配置块的详细介绍，概述Nginx配置解析的全过程。
第6章介绍Nginx进程机制，通过进程模式、Master进程、Worker进程以及进程间通信机制，完整介绍Nginx进程的管理。
第7章介绍HTTP模块，通过服务初始化、请求解析、HTTP请求处理以及HTTP请求响应，详细介绍HTTP模块的处理过程。
第8章介绍Upstream机制，对Upstream初始化、上下游连接建立、长连接、FastCGI模块做了详细介绍。
第9章介绍Event模块实现，内容涉及Nginx事件模型的文件事件、时间事件、进程池、连接池等事件处理流程。
第10章介绍Nginx的负载均衡、限流、日志等模块的实现。
第11章介绍跨平台实现，对Nginx的configure编译文件、跨平台原子操作和锁进行详细介绍。
第12章介绍基于Nginx的RTMP直播服务实现。

【预备知识】
读者在学习本书之前可以对以下知识进行初步了解，以便更好地学习与理解本书。
C/C++基础：首先要掌握C/C++语言基础，这样有助于理解源码语意、语法以及相关的业务逻辑。
GDB调试：本书中的一些代码片段是采用GDB进行调试的，因此了解GDB调试工具有助于对Nginx的进程进行调试。
Nginx基础使用：本书基于Nginx 1.160版本编写，如果你对Nginx的一些使用已经了解，学习起来会更容易。
HTTP及其网络编程基础知识。