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Nginx教程:nginx对静态文件cache的处理

Nginx中对静态文件进行了cache,对应的命令就是open_file_cache,open_file_cache_min_uses以及open_file_cache_valid。这次我就来分析下nginx如何对静态文件进行cache的。

要注意一个就是open_file_cache的 inactive表示文件多久不被访问就会从cache中删除.

首先来描述一下Linux下是如何做的,因为这里nginx对于bsd版本有一个不同的做法,这是因为bsd中可以给kqueue监听文件改变的事件。而linux下,nginx并没有使用inotify,而是每次都会判断文件的st_ino来得到文件是否被修改,不过这样会有个缺点就是如果你是使用open,然后write来修改文件的话,文件其实是相同的,因此st_ino是相同的,此时nginx是无法知道的,因此修改的话,最好使用会先删除再覆盖的命令(比如cp)。

首先,nginx的cache只是cache句柄,因为静态文件的发送,一般来说,nginx都是尽量使用sendfile进行发送的,因此之需要cache句柄就够了。

所有的cache对象包含在两个数据结构里面,整个机制最关键的也是这两个东西,一个是红黑树,一个是一个队列,其中红黑树是为了方便查找(需要根据文件名迅速得到fd),而队列为了方便超时管理(按照读取顺序插入,在头的就是最近存取的文件),由于所有的句柄的超时时间都是一样的,因此每次只需要判断最后几个元素就够了,因为这个超时不需要那么实时.

假设现在客户端请求是GET test.html HTTP/1.1 ,则nginx是这么处理的,如果test.html在cache中存在,则从cache中取得这个句柄,然后正常返回,如果test.html不存在,则是打开这个文件,然后插入到cache中。不过这里有很多细节都需要处理,比如超时,比如红黑树的插入等等,接下来,我们就对照着代码来看这些都是如何处理的。

主要代码都是包含在ngx_open_cached_file中的。

首先,这里,cache的红黑树的key是一个hash值,是文件名的crc校验码:

//计算hash
    hash = ngx_crc32_long(name->data, name->len);
//根据名字查找对应的file对象。
    file = ngx_open_file_lookup(cache, name, hash);

首先我们来看如果没有找到cache对象的情况,此时nginx会open 这个文件,然后保存对应的信息到cache中。

//打开文件,保存文件信息
    rc = ngx_open_and_stat_file(name->data, of, pool->log);  

    if (rc != NGX_OK && (of->err == 0 || !of->errors)) {
        goto failed; 
    } 

create: 
//max为open_file_cache命令中定义的那个max指令,而current也就是当前cache的文件个数 
    if (cache->current >= cache->max) { 
//如果大于max,则需要强制expire几个元素 
        ngx_expire_old_cached_files(cache, 0, pool->log); 
    } 
........................................................... 

      ngx_cpystrn(file->name, name->data, name->len + 1); 

      file->node.key = hash; 

//插入到红黑树中。 

    ngx_rbtree_insert(&cache->rbtree, &file->node); 

//更新current 

    cache->current++;

然后就是更新队列的部分,这里可以看到插入是每次都插入到队列的头,之所以插入到头,是为了超时操作更方便。还有一个需要注意的地方就是绑定ngx_pool_cleanup_t的handler,我们知道nginx中可以给pool绑定对应的handler,绑定后,当pool被释放的时候,就会调用这个handler,这里nginx给request pool绑定了一个handler,这里是为了处理超时的,后面我们会分析到。

renew: 
//更新创建时间 
    file->created = now; 
found: 
//更新存取时间 
    file->accessed = now; 
//将文件插入到超时队列中。 
    ngx_queue_insert_head(&cache->expire_queue, &file->queue); 
    if (of->err == 0) { 
        if (!of->is_dir) { 
//这里很关键,将cln的handler 
            cln->handler = ngx_open_file_cleanup; 
            ofcln = cln->data; 
            ofcln->cache = cache; 
            ofcln->file = file; 
            ofcln->min_uses = of->min_uses; 
            ofcln->log = pool->log; 
        } 
        return NGX_OK; 
    } 
    return NGX_ERROR;

然后就是超时机制是如何实现的。在nginx中并没有通过定时器什么的来实现,而是通过nginx的一个特性,那就是每个request结束的时候,都会清理掉他所分配的pool,而nginx就是给每个有打开文件的request都绑定了对应clean handler,当request pool被释放的时候,就会来根据时间来判断是否已经超时,这里的clean handler就是ngx_open_file_cleanup。

static void
ngx_open_file_cleanup(void *data) 
{ 
    ngx_open_file_cache_cleanup_t  *c = data; 
    c->file->count--; 
//关闭 
    ngx_close_cached_file(c->cache, c->file, c->min_uses, c->log); 
  
    /* drop one or two expired open files */
  
//处理超时 
    ngx_expire_old_cached_files(c->cache, 1, c->log); 
}

这里ngx_cached_open_file_s有3个域需要注意,分别是uniq,count以及close。其中uniq也就是文件属性中的st_ino(同一个设备中的每个文件,这个值都是不同的),这个值主要用于判断文件是否被修改(不过这个修改是覆盖这类的,如果你用open打开,然后写入的话,这个值还是一样的).count是文件的引用计数,表示现在文件被几个请求使用中。close表示文件是否需要被关闭(比如。

ok,接下来就是nginx的超时处理测略了。首先来看ngx_close_cached_file,这个函数主要是尝试关闭当前的文件,对这代码我们来看流程。

//判断是否需要关闭 
    if (!file->close) { 
//如果不需要,则更新存取时间 
        file->accessed = ngx_time(); 
//然后将文件插入到队列头(先remove然后insert) 
        ngx_queue_remove(&file->queue); 
        ngx_queue_insert_head(&cache->expire_queue, &file->queue); 
//看文件的使用次数是否大于设置的最小次数,或者文件的引用技术是否大于0,如果有一个满足,则直接返回,因为此时不需要close文件. 
        if (file->uses >= min_uses || file->count) { 
            return; 
        } 
    } 
   ngx_open_file_del_event(file); 
    if (file->count) { 
        return; 
    } 
//到达这里说明文件需要被关闭。 
    if (file->fd != NGX_INVALID_FILE) { 
//关闭文件 
        if (ngx_close_file(file->fd) == NGX_FILE_ERROR) { 
            ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT, log, ngx_errno, 
                          ngx_close_file_n " \"%s\" failed", file->name); 
        } 
  
        file->fd = NGX_INVALID_FILE; 
    } 
  
    if (!file->close) { 
        return; 

接下来是ngx_expire_old_cached_files,这个函数比较关键,主要是用来执行超时,或者强制超时cache中的元素(根据参数不同).主要的判断就是now – file->accessed <= cache->inactive,这段,这段主要是看这个文件多久没有被使用,是否超过了我们设置的inactive时间.

    while (n < 3) { 
//如果队列为空,则直接返回 
        if (ngx_queue_empty(&cache->expire_queue)) { 
            return; 
        } 
//取出最后一个文件,也就是可能需要被超时的文件(因为尾部是最长时间没有操作的文件) 
        q = ngx_queue_last(&cache->expire_queue); 
  
        file = ngx_queue_data(q, ngx_cached_open_file_t, queue); 
//n是控制是强制超时,还是按inactive超时,后一个判断是判断是否超时 
        if (n++ != 0 && now - file->accessed <= cache->inactive) { 
            return; 
        } 
//如果有超时的,或者需要强制超时,则开始从队列和红黑树中移除 
        ngx_queue_remove(q); 
  
        ngx_rbtree_delete(&cache->rbtree, &file->node); 
  
        cache->current--; 
  
        ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_CORE, log, 0, 
                       "expire cached open file: %s", file->name); 
  
        if (!file->err && !file->is_dir) { 
//关闭文件 
            file->close = 1; 
            ngx_close_cached_file(cache, file, 0, log); 
  
        } else { 
            ngx_free(file->name); 
            ngx_free(file); 
        } 
    }

最后来看,nginx里面如何判断文件被改变的。当需要打开一个文件,然后在cache中发现了文件,此时就需要判断文件是否被改变,这里nginx只能判断删除,然后覆盖的这类,而你如果只是简单的附加,则nginx无法知晓,来看代码,在ngx_open_and_stat_file里面的。判断很简单,就是看uniq是否相等,如果不等则说明文件被改变,此时需要重新打开文件,然后重新加入cache,否则直接返回。

    if (of->fd != NGX_INVALID_FILE) { 
  
        if (ngx_file_info(name, &fi) == NGX_FILE_ERROR) { 
            of->failed = ngx_file_info_n; 
            goto failed; 
        } 
//判断文件是否被改变 
        if (of->uniq == ngx_file_uniq(&fi)) { 
            goto done; 
        } 
  
    } 
.......................................................... 
//否则重新打开 
    if (!of->log) { 
  
        /* 
         * Use non-blocking open() not to hang on FIFO files, etc. 
         * This flag has no effect on a regular files. 
         */
  
        fd = ngx_open_file(name, NGX_FILE_RDONLY|NGX_FILE_NONBLOCK, 
                           NGX_FILE_OPEN, 0); 

 
    } else { 
        fd = ngx_open_file(name, NGX_FILE_APPEND, NGX_FILE_CREATE_OR_OPEN, 
                           NGX_FILE_DEFAULT_ACCESS); 
    }

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