14.4　Nginx频道

ngx_channel_t频道是Nginx master进程与worker进程之间通信的常用工具，它是使用本机套接字实现的。下面先来看看socketpair方法，它用于创建父子进程间使用的套接字。

int socketpair（int d,int type,int protocol,int sv[2]）；

这个方法可以创建一对关联的套接字sv[2]。下面依次介绍它的4个参数：参数d表示域，在Linux下通常取值为AF_UNIX；type取值为SOCK_STREAM或者SOCK_DGRAM，它表示在套接字上使用的是TCP还是UDP；protocol必须传递0；sv[2]是一个含有两个元素的整型数组，实际上就是两个套接字。当socketpair返回0时，sv[2]这两个套接字创建成功，否则socketpair返回-1表示失败。

当socketpair执行成功时，sv[2]这两个套接字具备下列关系：向sv[0]套接字写入数据，将可以从sv[1]套接字中读取到刚写入的数据；同样，向sv[1]套接字写入数据，也可以从sv[0]中读取到写入的数据。通常，在父、子进程通信前，会先调用socketpair方法创建这样一组套接字，在调用fork方法创建出子进程后，将会在父进程中关闭sv[1]套接字，仅使用sv[0]套接字用于向子进程发送数据以及接收子进程发送来的数据；而在子进程中则关闭sv[0]套接字，仅使用sv[1]套接字既可以接收父进程发来的数据，也可以向父进程发送数据。

再来介绍一下ngx_channel_t频道。ngx_channel_t结构体是Nginx定义的master父进程与worker子进程间的消息格式，如下所示。

typedef struct{

//传递的TCP消息中的命令

ngx_uint_t command；

//进程ID，一般是发送命令方的进程ID

ngx_pid_t pid；

//表示发送命令方在ngx_processes进程数组间的序号

ngx_int_t slot；

//通信的套接字句柄

ngx_fd_t fd；

}ngx_channel_t；

这个消息的格式似乎过于简单了，没错，因为Nginx仅用这个频道同步master进程与worker进程间的状态，这点从针对command成员已经定义的命令就可以看出来，如下所示。

//打开频道，使用频道这种方式通信前必须发送的命令

define NGX_CMD_OPEN_CHANNEL 1

//关闭已经打开的频道，实际上也就是关闭套接字

define NGX_CMD_CLOSE_CHANNEL 2

//要求接收方正常地退出进程

define NGX_CMD_QUIT 3

//要求接收方强制地结束进程

define NGX_CMD_TERMINATE 4

//要求接收方重新打开进程已经打开过的文件

define NGX_CMD_REOPEN 5

在8.6节我们介绍过master进程是如何监控、管理worker子进程的，那图8-8中的master又是如何启动、停止worker子进程的呢？正是通过socketpair产生的套接字发送命令的，即每次要派生一个子进程之前，都会先调用socketpair方法。在Nginx派生子进程的ngx_spawn_process方法中，会首先派生基于TCP的套接字，如下所示。

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

{

……

//ngx_processes[s].channel数组正是将要用于父、子进程间通信的套接字对

if（socketpair（AF_UNIX,SOCK_STREAM，0，ngx_processes[s].channel）==-1）

{

return NGX_INVALID_PID；

}

//接下来会把channel套接字对都设置为非阻塞模式

……

}

上段代码提到的ngx_processes数组定义了Nginx服务中所有的进程，包括master进程和worker进程，如下所示。

define NGX_MAX_PROCESSES 1024

//虽然定义了NGX_MAX_PROCESSES个成员，但已经使用的元素仅与启动的进程个数有关

ngx_process_t ngx_processes[NGX_MAX_PROCESSES]；

它的类型是ngx_process_t，对于频道来说，这个结构体只关心它的channel成员。

typedef struct{

……

//socketpair创建的套接字对

ngx_socket_t channel[2]；

}ngx_process_t；

如何使用频道发送ngx_channel_t消息呢？Nginx封装了4个方法，首先来看看用于发送消息的ngx_write_channel方法。

ngx_int_t ngx_write_channel（ngx_socket_t s,ngx_channel_tch,size_t size,ngx_log_tlog）；

这里的s参数是要使用的TCP套接字，ch参数是ngx_channel_t类型的消息，size参数是ngx_channel_t结构体的大小，log参数是日志对象。

再来看看读取消息的方法ngx_read_channel。

ngx_int_t ngx_read_channel（ngx_socket_t s,ngx_channel_tch,size_t size,ngx_log_tlog）；

这里的参数意义与ngx_write_channel方法完全相同，只是要注意s套接字，它与发送方使用的s套接字是配对的。例如，在Nginx中，目前仅存在master进程向worker进程发送消息的场景，这时对于socketpair方法创建的channel[2]套接字对来说，master进程会使用channel[0]套接字来发送消息，而worker进程则会使用channel[1]套接字来接收消息。

worker进程是怎样调度ngx_read_channel方法接收频道消息呢？毕竟Nginx是单线程程序，这唯一的线程还在同时处理大量的用户请求呢！这时就需要使用ngx_add_channel_event方法把接收频道消息的套接字添加到epoll中了，当接收到父进程消息时子进程会通过epoll的事件回调相应的handler方法来处理这个频道消息，如下所示。

ngx_int_t ngx_add_channel_event（ngx_cycle_t*cycle,ngx_fd_t fd，

ngx_int_t event,ngx_event_handler_pt handler）；

cycle参数自然是每个Nginx进程必须具备的ngx_cycle_t核心结构体；fd参数就是上面说过的需要接收消息的套接字，对于worker子进程来说，就是对应的channel[1]套接字；event参数是需要检测的事件类型，在上述场景下必然是EPOLLIN；handler参数指向的方法就是用于读取频道消息的方法，Nginx定义了一个ngx_channel_handler方法用于处理频道消息。

当进程希望关闭这个频道通信方式时，可以调用ngx_close_channel方法，它会关闭这对套接字，如下所示。

void ngx_close_channel（ngx_fd_tfd,ngx_log_tlog）；

参数fd就是上面说过的channel[2]套接字数组。

实际上，基于本机TCP的套接字可以进行复杂的双工通信，虽然目前Nginx仅用于帮助master进程管理worker进程的状态，但完全可以轻易地进行改造，使之满足复杂的进程间通信需求。