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Nginx的时间管理

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发表于 2014-12-5 23:05:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
gettimeofday()的开销
在Linux中,Nginx通过gettimeofday()获取系统当前时间;
gettimeofday是C库提供的函数(不是系统调用),它封装了内核里的sys_gettimeofday系统调用。
Linux的系统调用通过int 80h实现,用系统调用号来区分入口函数,步骤大致如下:
1 API将系统调用号存入EAX,然后通过中断调用使系统进入内核态;
2 内核中的中断处理函数根据系统调用号,调用对应的内核函数(系统调用);
3 系统调用完成相应功能,将返回值存入EAX,返回到中断处理函数;
4 中断处理函数返回到API中;
5 API将EAX返回给应用程序
然而除了基本的系统调用外,x86_64还提供了sysenter/vsyscall方式获取内核态数据,vsyscall在内存中创建内核态的共享页面,用户态也有权访问,可不经过系统中断和陷入内核获取内核信息;
gettimeofday()便是通过vsyscall实现了系统调用。

更新时间缓存
为避免每次都调用OS的gettimeofday,nginx采用时间缓存,每个worker进程都能自行维护;
为控制并发访问,每次更新时间缓存前需申请锁,而读时间缓存无须加锁;
为避免分裂读,即某worker进程读时间缓存过程中接受中断请求,期间时间缓存被其他worker更新,导致前后读取时间不一致;nginx引入时间缓存数组(共64个成员),每次都更新数组中的下一个元素;
更新时间通过ngx_time_update()实现
typedef struct {
    time_t      sec;
    ngx_uint_t  msec;
    ngx_int_t  gmtoff;
} ngx_time_t;
volatile ngx_time_t    *ngx_cached_time;
volatile ngx_str_t      ngx_cached_err_log_time;
volatile ngx_str_t      ngx_cached_http_time;
volatile ngx_str_t      ngx_cached_http_log_time;
volatile ngx_str_t      ngx_cached_http_log_iso8601;
static ngx_time_t        cached_time[NGX_TIME_SLOTS];
static u_char            cached_err_log_time[NGX_TIME_SLOTS][sizeof("1970/09/28 12:00:00")];
static u_char            cached_http_time[NGX_TIME_SLOTS][sizeof("Mon, 28 Sep 1970 06:00:00 GMT")];
static u_char            cached_http_log_time[NGX_TIME_SLOTS][sizeof("28/Sep/1970:12:00:00 +0600")];
static u_char            cached_http_log_iso8601[NGX_TIME_SLOTS][sizeof("1970-09-28T12:00:00+06:00")];
static u_char            cached_syslog_time[NGX_TIME_SLOTS][sizeof("Sep 28 12:00:00")];
void
ngx_time_update(void)
{
    u_char          *p0, *p1, *p2, *p3, *p4;
    ngx_tm_t        tm, gmt;
    time_t          sec;
    ngx_uint_t      msec;
    ngx_time_t      *tp;
    struct timeval  tv;
    if (!ngx_trylock(&ngx_time_lock)) {--更新缓存前需获取ngx_time_lock
        return;
    }
    ngx_gettimeofday(&tv);--宏定义,调用os的gettimeofday(tp, null)
    sec = tv.tv_sec;
    msec = tv.tv_usec / 1000;
    ngx_current_msec = (ngx_msec_t) sec * 1000 + msec;
    tp = &cached_time[slot]; --读当前时间缓存
    if (tp->sec == sec) { --如果缓存的时间秒=当前时间秒,直接更新当前slot元素的msec并返回,否则更新下一个slot数组元素;
        tp->msec = msec;
        ngx_unlock(&ngx_time_lock);
        return;
    }
    if (slot == NGX_TIME_SLOTS - 1) {
        slot = 0;
    } else {
        slot++;
    }
    tp = &cached_time[slot];
    tp->sec = sec;
    tp->msec = msec;
    ngx_gmtime(sec, &gmt);
    p0 = &cached_http_time[slot][0];  
--ngx_sprintf读取所有参数并调用ngx_vslprintf,将后续参数以第二个参数的格式复制到P0开始的内存区,即给cached_http_time[slot]赋值,
--后续的cached_err_log_time[slot] & cached_http_log_time[slot] & cached_http_log_iso8601[slot] & cached_syslog_time[slot]也同理
    (void) ngx_sprintf(p0, "%s, %02d %s %4d %02d:%02d:%02d GMT",
                      week[gmt.ngx_tm_wday], gmt.ngx_tm_mday,
                      months[gmt.ngx_tm_mon - 1], gmt.ngx_tm_year,
                      gmt.ngx_tm_hour, gmt.ngx_tm_min, gmt.ngx_tm_sec);
        ..................
    ngx_memory_barrier();--禁止编译器对后面的语句优化,如果没有这个限制,编译器可能将前后两部分代码合并,可能导致这6个时间更新出现间隔,期间若被读取会出现时间不一致的情况
    ngx_cached_time = tp;
    ngx_cached_http_time.data = p0;
    ngx_cached_err_log_time.data = p1;
    ngx_cached_http_log_time.data = p2;
    ngx_cached_http_log_iso8601.data = p3;
    ngx_cached_syslog_time.data = p4;
    ngx_unlock(&ngx_time_lock);
}

ngx_time_update()调用最频繁的是在worker进程处理事件时
ngx_worker_process_cycle -- ngx_process_events_and_timers -- ngx_process_events
#define ngx_process_events  ngx_event_actions.process_events
以epoll为例,其对应API为ngx_epoll_process_events
ngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags)
    events = epoll_wait(ep, event_list, (int) nevents, timer);
    err = (events == -1) ? ngx_errno : 0;
    if (flags & NGX_UPDATE_TIME || ngx_event_timer_alarm) {  
        ngx_time_update();
    }
epoll_wait()阻塞时可以被三种事件唤醒:读写事件发生、等待时间超时和事件信号中断。
当epoll_wait()返回时,会更新一次时间缓存,然后调用处理函数;事件处理函数是non-block的,本身执行时间极短(毫秒级),故即便当前时间是缓存的,误差很小可以接受。

如何控制时间更新频率
nginx提供参数timer_resolution,设置缓存时间更新的间隔;
配置该项后,nginx将使用中断机制,而非使用定时器红黑树中的最小时间为epoll_wait的超时时间,即此时定时器将定期被中断。
timer_resolution指令的使用将会设置epoll_wait超时时间为-1,这表示epoll_wait将永远阻塞直至读写事件发生或信号中断。
ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle)
  if (ngx_timer_resolution) {
        timer = NGX_TIMER_INFINITE;
        flags = 0;
    } else {
        timer = ngx_event_find_timer();
        flags = NGX_UPDATE_TIME;
    }
1.设置timer_resolution时,flags=0,只有当ngx_event_timer_alarm=1时epoll_wait()返回时才执行ngx_time_update(更新后会把ngx_event_timer_alarm置零)
2.没有设置timer_resolution,flags = NGX_UPDATE_TIME,timer为定时器红黑树中最小定时时间,将作为epoll_wait的超时时间(timeout)
ngx_event_process_init(ngx_cycle_t *cycle)
    if (ngx_timer_resolution && !(ngx_event_flags & NGX_USE_TIMER_EVENT)) {
        ngx_memzero(&sa, sizeof(struct sigaction));
        sa.sa_handler = ngx_timer_signal_handler;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
        if (sigaction(SIGALRM, &sa, NULL) == -1) {
            ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
                          "sigaction(SIGALRM) failed");
            return NGX_ERROR;
        }
        itv.it_interval.tv_sec = ngx_timer_resolution / 1000;
        itv.it_interval.tv_usec = (ngx_timer_resolution % 1000) * 1000;
        itv.it_value.tv_sec = ngx_timer_resolution / 1000;
        itv.it_value.tv_usec = (ngx_timer_resolution % 1000 ) * 1000;
        if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, NULL) == -1) {  
            ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, cycle->log, ngx_errno,
                          "setitimer() failed");
        }
    }
每隔ngx_timer_resolution时间发出信号SIGALRM,执行ngx_timer_signal_handler,后者仅仅将ngx_event_timer_alarm = 1,用于epoll_wait()返回后的ngx_time_update()调用

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