8.6　master进程是如何工作的

master进程不需要处理网络事件，它不负责业务的执行，只会通过管理worker等子进程来实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。与8.5节类似的是，它会通过检查以下7个标志位来决定ngx_master_process_cycle方法的运行。

sig_atomic_t ngx_reap；

sig_atomic_t ngx_terminate；

sig_atomic_t ngx_quit；

sig_atomic_t ngx_reconfigure；

sig_atomic_t ngx_reopen；

sig_atomic_t ngx_change_binary；

sig_atomic_t ngx_noaccept；

ngx_signal_handler方法会根据接收到的信号设置ngx_reap、ngx_quit、ngx_terminate、ngx_reconfigure、ngx_reopen、ngx_change_binary、ngx_noaccept这些标志位，见表8-4。

表8-4列出了master工作流程中的7个全局标志位变量。除此之外，还有一个标志位也会用到，它仅仅是在master工作流程中作为标志位使用的，与信号无关。

ngx_uint_t ngx_restart；

在解释master工作流程前，还需要对master进程管理子进程的数据结构有个初步了解。下面定义了ngx_processes全局数组，虽然子进程中也会有ngx_processes数组，但这个数组仅仅是给master进程使用的。下面看一下ngx_processes全局数组的定义，代码如下。

//定义1024个元素的ngx_processes数组，也就是最多只能有1024个子进程

define NGX_MAX_PROCESSES 1024

//当前操作的进程在ngx_processes数组中的下标

ngx_int_t ngx_process_slot；

//ngx_processes数组中有意义的ngx_process_t元素中最大的下标

ngx_int_t ngx_last_process；

//存储所有子进程的数组

ngx_process_t ngx_processes[NGX_MAX_PROCESSES]；

master进程中所有子进程相关的状态信息都保存在ngx_processes数组中。再来看一下数组元素的类型ngx_process_t结构体的定义，代码如下。

typedef struct{

//进程ID

ngx_pid_t pid；

//由waitpid系统调用获取到的进程状态

int status；

/这是由socketpair系统调用产生出的用于进程间通信的socket句柄，这一对socket句柄可以互相通信，目前用于master父进程与worker子进程间的通信，详见14.4节/

ngx_socket_t channel[2]；

//子进程的循环执行方法，当父进程调用ngx_spawn_process生成子进程时使用

ngx_spawn_proc_pt proc；

/上面的ngx_spawn_proc_pt方法中第2个参数需要传递1个指针，它是可选的。例如，worker子进程就不需要，而cache manage进程就需要ngx_cache_manager_ctx上下文成员。这时，data一般与ngx_spawn_proc_pt方法中第2个参数是等价的/

void*data；

//进程名称。操作系统中显示的进程名称与name相同

char*name；

//标志位，为1时表示在重新生成子进程

unsigned respawn：1；

//标志位，为1时表示正在生成子进程

unsigned just_spawn：1；

//标志位，为1时表示在进行父、子进程分离

unsigned detached：1；

//标志位，为1时表示进程正在退出

unsigned exiting：1；

//标志位，为1时表示进程已经退出

unsigned exited：1；

}ngx_process_t；

master进程怎样启动一个子进程呢？其实很简单，fork系统调用即可以完成。ngx_spawn_process方法封装了fork系统调用，并且会从ngx_processes数组中选择一个还未使用的ngx_process_t元素存储这个子进程的相关信息。如果所有1024个数组元素中已经没有空余的元素，也就是说，子进程个数超过了最大值1024，那么将会返回NGX_INVALID_PID。因此，ngx_processes数组中元素的初始化将在ngx_spawn_process方法中进行。

下面对启动子进程的方法做一个简单说明，它的定义如下。

ngx_pid_t ngx_spawn_process（ngx_cycle_tcycle,ngx_spawn_proc_pt proc,voiddata,char*name,ngx_int_t respawn）

这里的proc函数指针就是子进程中将要执行的工作循环。下面看一下ngx_spawn_proc_pt的定义，代码如下。

typedef void（ngx_spawn_proc_pt）（ngx_cycle_tcycle,void*data）；

因此，worker进程的工作循环ngx_worker_process_cycle方法也是依照ngx_spawn_proc_pt来定义的，代码如下。

static void ngx_worker_process_cycle（ngx_cycle_tcycle,voiddata）；

cache manage进程或者cache loader进程的工作循环ngx_cache_manager_process_cycle方法也是如此，代码如下。

static void ngx_cache_manager_process_cycle（ngx_cycle_tcycle,voiddata）；

那么，ngx_processes数组中这些进程的状态是怎么改变的呢？依靠信号！当每个子进程意外退出时，master父进程会接收到Linux内核发来的CHLD信号，而处理信号的ngx_signal_handler方法这时将会做以下处理：将sig_reap标志位置为1，调用ngx_process_get_status方法修改ngx_processes数组中所有子进程的状态（通过waitpid系统调用得到意外结束的子进程ID，然后遍历ngx_processes数组找到该子进程ID对应的ngx_process_t结构体，将其exited标志位置为1）。那么，一个子进程意外结束后，如何启动新的子进程呢？这可以在图8-8所示的master进程的工作循环中找到答案。

下面简要介绍一下图8-8中列出的流程。实际上，根据以下8个标志位：ngx_reap、ngx_terminate、ngx_quit、ngx_reconfigure、ngx_restart、ngx_reopen、ngx_change_binary、ngx_noaccept，决定执行不同的分支流程，并循环执行（注意，每次一个循环执行完毕后进程会被挂起，直到有新的信号才会激活继续执行）。

图　8-8　master进程的工作循环

1）如果ngx_reap标志位为0，则继续向下执行第2步；如果ngx_noaccept标志位为1，则表示需要监控所有的子进程，同时调用表8-2中的ngx_reap_children方法来管理子进程。这时，ngx_reap_children方法将会遍历ngx_processes数组，检查每个子进程的状态，对于非正常退出的子进程会重新拉起。最后，ngx_processes方法会返回一个live标志位，如果所有的子进程都已经正常退出，那么live将为0，除此之外，live会为1。

2）当live标志位为0（所有子进程已经退出）、ngx_terminate标志位为1或者ngx_quit标志位为1时，都将调用ngx_master_process_exit方法开始退出master进程，否则继续向下执行第6步。在ngx_master_process_exit方法中，首先会删除存储进程号的pid文件。

3）继续之前的ngx_master_process_exit方法，调用所有模块的exit_master方法。

4）调用ngx_close_listening_sockets方法关闭进程中打开的监听端口。

5）销毁内存池，退出master进程。

6）如果ngx_terminate标志位为1，则向所有子进程发送信号TERM，通知子进程强制退出进程，接下来直接跳到第1步并挂起进程，等待信号激活进程。如果ngx_terminate标志位为0，则继续执行第7步。

7）如果ngx_quit标志位为0，跳到第9步，否则表示需要优雅地退出服务，这时会向所有子进程发送QUIT信号，通知它们退出进程。

8）继续ngx_quit为1的分支流程。关闭所有的监听端口，接下来直接跳到第1步并挂起master进程，等待信号激活进程。

9）如果ngx_reconfigure标志位为0，则跳到第13步检查ngx_restart标志位。如果ngx_reconfigure为1，则表示需要重新读取配置文件。Nginx不会再让原先的worker等子进程再重新读取配置文件，它的策略是重新初始化ngx_cycle_t结构体，用它来读取新的配置文件，再拉起新的worker进程，销毁旧的worker进程。本步中将会调用ngx_init_cycle方法重新初始化ngx_cycle_t结构体。

10）接第9步，调用ngx_start_worker_processes方法再拉起一批worker进程，这些worker进程将使用新ngx_cycle_t结构体。

11）接第10步，调用ngx_start_cache_manager_processes方法，按照缓存模块的加载情况决定是否拉起cache manage或者cache loader进程。在这两个方法调用后，肯定是存在子进程了，这时会把live标志位置为1（第2步中曾用到此标志）。

12）接第11步，向原先的（并非刚刚拉起的）所有子进程发送QUIT信号，要求它们优雅地退出自己的进程。

13）检查ngx_restart标志位，如果为0，则继续第15步，检查ngx_reopen标志位。如果ngx_restart为1，则调用ngx_start_worker_processes方法拉起worker进程，同时将ngx_restart置为0。

14）接13步，调用ngx_start_cache_manager_processes方法根据缓存模块的情况选择是否启动cache manage进程或者cache loader进程，同时将live标志位置为1。

15）检查ngx_reopen标志位，如果为0，则继续第17步，检查ngx_change_binary标志位。如果ngx_reopen为1，则调用ngx_reopen_files方法重新打开所有文件，同时将ngx_reopen标志位置为0。

16）向所有子进程发送USR1信号，要求子进程都得重新打开所有文件。

17）检查ngx_change_binary标志位，如果ngx_change_binary为1，则表示需要平滑升级Nginx，这时将调用ngx_exec_new_binary方法用新的子进程启动新版本的Nginx程序，同时将ngx_change_binary标志位置为0。

18）检查ngx_noaccept标志位，如果ngx_noaccept为0，则继续第1步进行下一个循环；如果ngx_noaccept为1，则向所有的子进程发送QUIT信号，要求它们优雅地关闭服务，同时将ngx_noaccept置为0，并将ngx_noaccepting置为1，表示正在停止接受新的连接。

注意，在以上18个步骤组成的循环中，并不是不停地在循环执行以上步骤，而是会通过sigsuspend调用使master进程休眠，等待master进程收到信号后激活master进程继续由上面的第1步执行循环。