nginx的进程启动过程是在ngx_master_process_cycle（src/os/unix/ngx_process_cycle.c）中完成的(单进程是通过ngx_single_process_cycle完成，这里只分析多进程的情况)，在ngx_master_process_cycle中，会根据配置文件的worker_processes值创建多个子进程，即一个master进程和多个worker进程。进程之间、进程与外部之间保持通信，进程之间是通过socketpair进行通信的，socketpair是一对全双工的无名socket，可以当作管道使用，和管道不同的是，每条socket既可以读也可以写，而管道只能用于写或者用于读；进程与外部之间是通过信号通信的。
master进程主要进行一些全局性的初始化工作和管理worker的工作；事件处理是在worker中进行的。
进程启动的过程中，有一些重要的全局数据会被设置，最重要的是进程表ngx_processes，master每创建一个worker都会把一个设置好的ngx_process_t结构变量放入ngx_processes中，进程表长度为1024，刚创建的进程存放在ngx_process_slot位置，ngx_last_process是进程表中最后一个存量进程的下一个位置，ngx_process_t是进程在nginx中的抽象：
typedef void (*ngx_spawn_proc_pt) (ngx_cycle_t *cycle, void *data);
typedef struct {
ngx_pid_t pid;
int status;
ngx_socket_t channel[2];
ngx_spawn_proc_pt proc;
void *data;
char *name;
unsigned respawn:1;
unsigned just_spawn:1;
unsigned detached:1;
unsigned exiting:1;
unsigned exited:1;
} ngx_process_t;(src/os/unix/ngx_process.h)
pid是进程的id；
status是进程的退出状态；
channel[2]是socketpair创建的一对socket句柄；
proc是进程的执行函数，data为proc的参数；
最后的几个位域是进程的状态,respawn:重新创建的、just_spawn:第一次创建的、detached:分离的、exiting:正在退出、exited:已经退出。
进程间通信是利用socketpair创建的一对socket进行的，通信中传输的是ngx_channel_t结构变量：
typedef struct {
ngx_uint_t command;
ngx_pid_t pid;
ngx_int_t slot;
ngx_fd_t fd;
} ngx_channel_t;(src/os/unix/ngx_channel.h)
command是要发送的命令，有5种：
#define NGX_CMD_OPEN_CHANNEL 1
#define NGX_CMD_CLOSE_CHANNEL 2
#define NGX_CMD_QUIT 3
#define NGX_CMD_TERMINATE 4
#define NGX_CMD_REOPEN 5
pid是发送方进程的进程id；
slot是发送方进程在进程表中偏移位置；
fd是发送给对方的句柄。
进程的启动过程是比较重要的一个环节，为了把这个过程分析透彻，下面会多采用注释代码的方式分析。
首先分析ngx_master_process_cycle函数，可以分解为以下各步骤：
1、master设置一些需要处理的信号，这些信号包括SIGCHLD,SIGALRM,SIGIO,SIGINT,NGX_RECONFIGURE_SIGNAL(SIGHUP),NGX_REOPEN_SIGNAL(SIGUSR1),
NGX_NOACCEPT_SIGNAL(SIGWINCH),NGX_TERMINATE_SIGNAL(SIGTERM),NGX_SHUTDOWN_SIGNAL(SIGQUIT),
NGX_CHANGEBIN_SIGNAL(SIGUSR2)；
2、调用ngx_setproctilte设置进程标题，title = "master process" + ngx_argv[0] + ... + ngx_argv[ngx_argc-1]；
3、调用ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes, NGX_PROCESS_RESPAWN)启动worker进程；
4、调用ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0)启动文件cache管理进程，有些模块需要文件cache，比如fastcgi模块，这些模块会把文件cache路径添加到cycle->paths中，文件cache管理进程会定期调用这些模块的文件cache处理钩子处理一下文件cache；
5、master循环处理信号量。
ngx_new_binary = 0;
delay = 0;
live = 1;
for ( ;; ) {
// delay用来设置等待worker退出的时间，master接收了退出信号后首先发送退出信号给worker，
// 而worker退出需要一些时间
if (delay) {
delay *= 2;
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"temination cycle: %d", delay);
itv.it_interval.tv_sec = 0;
itv.it_interval.tv_usec = 0;
itv.it_value.tv_sec = delay / 1000;
itv.it_value.tv_usec = (delay % 1000 ) * 1000;
// 设置定时器
if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"setitimer() failed");
}
}
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "sigsuspend");
// 挂起信号量，等待定时器
sigsuspend(&set);
ngx_time_update(0, 0);
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "wake up");
// 收到了SIGCHLD信号，有worker退出（ngx_reap==1）
if (ngx_reap) {
ngx_reap = 0;
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0, "reap children");
// 处理所有worker，如果有worker异常退出则重启这个worker，如果所有worker都退出
// 返回0赋值给live
live = ngx_reap_children(cycle);
}
// 如果worker都已经退出，
// 并且收到了NGX_CMD_TERMINATE命令或者SIGTERM信号或者SIGINT信号(ngx_terminate=1)
// 或者NGX_CMD_QUIT命令或者SIGQUIT信号(ngx_quit=1)，则master退出
if (!live && (ngx_terminate || ngx_quit)) {
ngx_master_process_exit(cycle);
}
// 收到了NGX_CMD_TERMINATE命令或者SIGTERM信号或者SIGINT信号，
// 通知所有worker退出，并且等待worker退出
if (ngx_terminate) {
// 设置延时
if (delay == 0) {
delay = 50;
}
if (delay > 1000) {
// 延时已到，给所有worker发送SIGKILL信号，强制杀死worker
ngx_signal_worker_processes(cycle, SIGKILL);
} else {
// 给所有worker发送SIGTERM信号，通知worker退出
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_TERMINATE_SIGNAL));
}
continue;
}
// 收到了NGX_CMD_QUIT命令或者SIGQUIT信号
if (ngx_quit) {
// 给所有worker发送SIGQUIT信号
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
// 关闭所有监听的socket
ls = cycle->listening.elts;
for (n = 0; n < cycle->listening.nelts; n++) {
if (ngx_close_socket(ls[n].fd) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_EMERG, cycle->log, ngx_socket_errno,
ngx_close_socket_n " %V failed",
&ls[n].addr_text);
}
}
cycle->listening.nelts = 0;
continue;
}
// 收到了SIGHUP信号
if (ngx_reconfigure) {
ngx_reconfigure = 0;
// 代码已经被替换，重启worker，不需要重新初始化配置
if (ngx_new_binary) {
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);
ngx_noaccepting = 0;
continue;
}
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reconfiguring");
// 重新初始化配置
cycle = ngx_init_cycle(cycle);
if (cycle == NULL) {
cycle = (ngx_cycle_t *) ngx_cycle;
continue;
}
// 重启worker
ngx_cycle = cycle;
ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx,
ngx_core_module);
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 1);
live = 1;
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
// 当ngx_noaccepting=1的时候会把ngx_restart设为1，重启worker
if (ngx_restart) {
ngx_restart = 0;
ngx_start_worker_processes(cycle, ccf->worker_processes,
NGX_PROCESS_RESPAWN);
ngx_start_cache_manager_processes(cycle, 0);
live = 1;
}
// 收到SIGUSR1信号，重新打开log文件
if (ngx_reopen) {
ngx_reopen = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "reopening logs");
ngx_reopen_files(cycle, ccf->user);
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_REOPEN_SIGNAL));
}
// 收到SIGUSR2信号，热代码替换
if (ngx_change_binary) {
ngx_change_binary = 0;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "changing binary");
// 调用execve执行新的代码
ngx_new_binary = ngx_exec_new_binary(cycle, ngx_argv);
}
// 收到SIGWINCH信号，不再接收请求，worker退出，master不退出
if (ngx_noaccept) {
ngx_noaccept = 0;
ngx_noaccepting = 1;
ngx_signal_worker_processes(cycle,
ngx_signal_value(NGX_SHUTDOWN_SIGNAL));
}
}
真正创建worker子进程的函数是ngx_start_worker_processes，这个函数本身很简单：
static void
ngx_start_worker_processes(ngx_cycle_t *cycle, ngx_int_t n, ngx_int_t type)
{
ngx_int_t i;
ngx_channel_t ch;
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "start worker processes");
// 传递给其他worker子进程的命令：打开通信管道
ch.command = NGX_CMD_OPEN_CHANNEL;
// 创建n个worker子进程
for (i = 0; i < n; i++) {
cpu_affinity = ngx_get_cpu_affinity(i);
// ngx_spawn_process创建worker子进程并初始化相关资源和属性，
// 然后执行子进程的执行函数ngx_worker_process_cycle
ngx_spawn_process(cycle, ngx_worker_process_cycle, NULL,
"worker process", type);
// 向之前已经创建的所有worker广播当前创建的worker进程的信息，后面会详细分析
ch.pid = ngx_processes[ngx_process_slot].pid;
ch.slot = ngx_process_slot;
ch.fd = ngx_processes[ngx_process_slot].channel[0];
ngx_pass_open_channel(cycle, &ch);
}
}
把ngx_pass_open_channel展开如下：
static void
ngx_pass_open_channel(ngx_cycle_t *cycle, ngx_channel_t *ch)
{
ngx_int_t i;
for (i = 0; i < ngx_last_process; i++) {
// 跳过自己和异常的worker
if (i == ngx_process_slot
|| ngx_processes[i].pid == -1
|| ngx_processes[i].channel[0] == -1)
{
continue;
}
ngx_log_debug6(NGX_LOG_DEBUG_CORE, cycle->log, 0,
"pass channel s:%d pid:%P fd:%d to s:%i pid:%P fd:%d",
ch->slot, ch->pid, ch->fd,
i, ngx_processes[i].pid,
ngx_processes[i].channel[0]);
/* TODO: NGX_AGAIN */
// 发送消息给其他的worker
ngx_write_channel(ngx_processes[i].channel[0],
ch, sizeof(ngx_channel_t), cycle->log);
}
}
第三个要剖开的函数是创建子进程的ngx_pid_t ngx_spawn_process(ngx_cycle_t *cycle, ngx_spawn_proc_pt proc, void *data, char *name, ngx_int_t respawn)，这个函数定义在src/os/unix/ngx_process.c中，proc是子进程的执行函数，data是其参数，name是子进程的名字。
{
u_long on;
ngx_pid_t pid;
ngx_int_t s; // 将要创建的子进程在进程表中的位置
if (respawn >= 0) {
// 替换进程ngx_processes[respawn]，可安全重用该进程表项
s = respawn;
} else {
// 先找到一个被回收的进程表项
for (s = 0; s < ngx_last_process; s++) {
if (ngx_processes[s].pid == -1) {
break;
}
}
// 进程表已满
if (s == NGX_MAX_PROCESSES) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, 0,
"no more than %d processes can be spawned",
NGX_MAX_PROCESSES);
return NGX_INVALID_PID;
}
}
// 不是分离的子进程
if (respawn != NGX_PROCESS_DETACHED) {
/* Solaris 9 still has no AF_LOCAL */
/*
创建socketpair用于进程间通信，master进程为每个worker创建一对socket，
master进程空间打开所有socketpair的channel[0]，channel[1]两端句柄。
当创建一个worker的时候，这个worker会继承master当前已经创建并打开的所有
socketpair，这个worker初始化的时候（调用ngx_worker_process_init）会
关闭掉本进程对应socketpair的channel[0]和其他worker对应的channel[1]，
保持打开本进程对应socketpair的channel[1]和其他worker对应的channel[0]，
并监听本进程对应socketpair的channel[1]的可读事件。这样，每个worker就
拥有了其他worker的channel[0]，可以sendmsg(channel[0], ...)向其他worker
发送消息。
细心的读者会发现，先于当前worker创建的worker通过继承得到了其channel[0],
但是之后创建的进程的channel[0]该如何获得呢，答案在上面（ngx_start_worker_processes)
master在创建并启动完成一个worker之后，会调用ngx_pass_open_channel
把这个worker的channel[0]和进程id、在进程表中的偏移slot广播给所有其他已经
创建的worker，这样，创建完所有进程之后，每个worker就获得了所有其他worker
的channel[0]了。
*/
// 创建一对已经连接的无名socket
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, ngx_processes[s].channel) == -1)
{
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"socketpair() failed while spawning /"%s/"", name);
return NGX_INVALID_PID;
}
ngx_log_debug2(NGX_LOG_DEBUG_CORE, cycle->log, 0,
"channel %d:%d",
ngx_processes[s].channel[0],
ngx_processes[s].channel[1]);
// 设置socket为非阻塞模式
if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[0]) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
ngx_nonblocking_n " failed while spawning /"%s/"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
if (ngx_nonblocking(ngx_processes[s].channel[1]) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
ngx_nonblocking_n " failed while spawning /"%s/"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
// 开启channel[0]的消息驱动IO
on = 1;
if (ioctl(ngx_processes[s].channel[0], FIOASYNC, &on) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"ioctl(FIOASYNC) failed while spawning /"%s/"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
// 设置channel[0]的属主，控制channel[0]的SIGIO信号只发给这个进程
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETOWN, ngx_pid) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(F_SETOWN) failed while spawning /"%s/"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
// 若进程执行了exec后关闭socket
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[0], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(FD_CLOEXEC) failed while spawning /"%s/"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
if (fcntl(ngx_processes[s].channel[1], F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1) {
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fcntl(FD_CLOEXEC) failed while spawning /"%s/"",
name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
}
// 用于监听可读事件的socket
ngx_channel = ngx_processes[s].channel[1];
} else {
ngx_processes[s].channel[0] = -1;
ngx_processes[s].channel[1] = -1;
}
// 设置当前子进程的进程表项索引
ngx_process_slot = s;
// 创建子进程
pid = fork();
switch (pid) {
case -1:
ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
"fork() failed while spawning /"%s/"", name);
ngx_close_channel(ngx_processes[s].channel, cycle->log);
return NGX_INVALID_PID;
case 0:
// 设置当前子进程的进程id
ngx_pid = ngx_getpid();
// 子进程运行执行函数
proc(cycle, data);
break;
default:
break;
}
ngx_log_error(NGX_LOG_NOTICE, cycle->log, 0, "start %s %P", name, pid);
// 设置一些进程表项字段
ngx_processes[s].pid = pid;
ngx_processes[s].exited = 0;
// 替换进程ngx_processes[respawn]，不用设置其他进程表项字段了
if (respawn >= 0) {
return pid;
}
// 设置其他的进程表项字段
ngx_processes[s].proc = proc;
ngx_processes[s].data = data;
ngx_processes[s].name = name;
ngx_processes[s].exiting = 0;
// 设置进程表项的一些状态字段
switch (respawn) {
case NGX_PROCESS_NORESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_JUST_SPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 1;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 1;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
case NGX_PROCESS_JUST_RESPAWN:
ngx_processes[s].respawn = 1;
ngx_processes[s].just_spawn = 1;
ngx_processes[s].detached = 0;
break;
// 分离的子进程，不受master控制？
case NGX_PROCESS_DETACHED:
ngx_processes[s].respawn = 0;
ngx_processes[s].just_spawn = 0;
ngx_processes[s].detached = 1;
break;
}
if (s == ngx_last_process) {
ngx_last_process++;
}
return pid;
}
