Nginx是互联网企业使用最为广泛的轻量级高性能Web服务器，其特点是占用内存少、并发能力强。Nginx之所以被大家所喜爱，除了其高性能外，还有其优雅的系统架构。与Memcached的经典多线程模型相比，Nginx是经典的多进程模型。
Nginx的应用特点
在介绍Nginx应用特点前，首先介绍一下IO密集型和计算密集型。IO密集型就是指IO占主要任务，计算量很小，比如请求网页，读写文件；计算密集型就是指CPU计算占主要任务，CPU一直处于满负荷状态，比如大循环计算。
而Nginx本质上是一个Web Server，Web Server的作用是解析HTTP请求返回静态数据或者把一些动态请求托付给其它server端程序。基于Nginx的这样的工作性质，决定每个request的大部份生命都是在网络传输中，实际上花费在server机器上的时间片不多。
因此Nginx属于网络IO密集型应用，不算是计算密集型。基于这样的特点，才有可能实现多进程解决高并发的设计方案。换一个角度看，多进程解决高并发的设计方案，是应对IO密集型的有效手段之一。所以在开发实践中，遇到类似的场景可以考虑使用类似的解决方案来应对。
Nginx的多进程模型
Nginx采用的是经典的master-worker模型的多进程模型，即一个master进程管理一个或者多个worker进程。基本的事件处理都在worker进程，master进程负责一些全局初始化，以及对worker进程的管理，如下图所示。
master进程主要有以下4个主要功能：
(1) 接收来自外界的信号；
(2) 向各个worker进程发送信号；
(3) 监控worker的运行状态；
(4) 当worker进程退出后，自动重启新的worker进程。
worker进程主要处理网络事件，多个worker进程之间是对等的，每个进程处理请求的机会也是一样的。
Nginx采用异步非阻塞的方式处理网络事件，具体过程如下图所示。
master进程先建好需要监听的socket后，再fork出多个worker进程，这样每个worker进程都可以去接收这个socket。当一个client连接到来时，所有的worker进程都会收到通知，但只有一个可以accept成功。这里Nginx提供了一个共享锁accept_mutex，虽然所有的worker都会收到通知，但只有一个进程抢到锁，其它失败，成功的worker进程接收请求。当一个worker进程在accept这个连接之后，就开始读取请求，解析请求，处理请求，产生数据后，再返回给客户端，最后才断开连接。
当运行过程中，如果worker进程出现异常，master会对worker进行重启。重启时会先启动新的worker进程，然后向老的worker发送信号。新的worker启动后，就开始接收新的请求；而老的worker在收到信号后不再接收请求，将当前进程中所有未处理完的请求处理完成后，再退出。这样最大程度的满足可用性要求。
多进程单线程与单进程多线程
其实，多进程模型的目的是想尽可能的利用CPU，减少空闲时间，特别是多核环境。这样就不得不提到单进程多线程模型。
简单来看，二者最直观的区别是CPU同时在多个进程上工作还是多个线程上工作。从性能上说，多进程的CPU切换是一个进程到另一个进程，而多线程的CPU切换是在同一个进程内，显然进程间的切换消耗更大。从数据共享上说，同一进程下更容易共享数据。
另一方面，多进程带来了隔离保护机制，一个进程的错误不会带来整个程序的崩溃，而master进程完全不涉及业务，使得它可以被安全隔离。但单进程多线程下，一个线程错误有可能带来整个进程的问题。当然也可以用守护进程来重启，但是重启过程服务是不可用的。另外，单进程多线程的数据共享也带来了太多的锁和全局变量，这些内容在开发过程中也导致代码复杂度高、难以控制稳定性、死锁等问题。
综上，本文结合Nginx的应用特点，介绍了Nginx的多进程模型，并简单比较了多进程单线程与单进程多线程模型的异同与特点，希望为大家在后续开发设计中提供有益的启发。
作者 | 杨 成
视觉 | 王朋玉
统筹 | 郑 洁
