Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和Lua

Nginx是著名的Web服务器，性能优异，运行效率远超传统的Apache、Tomcat，广泛应用于国内外诸多顶级互联网公司。 Nginx的一个突出特点是其灵活优秀的模块化架构，可以在不修改核心的前提下增加任意功能，自2004 年发布至今，已经拥有百余个官方及非官方的功能模块（如proxy、mysql、redis、rtmp、lua等），使得Nginx 成长为了一个近乎“全能”的服务器软件。 Nginx功能强大，架构复杂，学习、维护和开发的门槛较高。为了帮助读者跨越这一障碍，《Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和Lua》深入最新的Nginx源码（Stable 1.16.0），详细剖析了模块体系、动态插件、功能框架、内存分配、进程模型、事件驱动、线程池、TCP/UDP/HTTP 处理等Nginx 核心运行机制，在此基础上讲解如何使用C、C++、JavaScript、Lua 等语言来增强扩展Nginx，让任何人都能够便捷、轻松地开发和定制Nginx，进而应用到自己的实际工作中，创造出更多的价值。 《Nginx完全开发指南：使用C、C++、JavaScript和Lua》结构严谨、脉络清晰、论述精确、详略得当、图文并茂，值得广大软件开发工程师、系统运维工程师和编程爱好者拥有。

第0章 导读 1 0.1 关于本书 1 0.2 读者对象 3 0.3 读者要求 4 0.4 运行环境 5 0.5 本书的结构 5 0.6 如何阅读本书 6 0.7 本书的源码 7 第1章 Nginx入门 8 1.1 关于Nginx 8 1.1.1 历史 9 1.1.2 特点 9 1.1.3 进程模型 10 1.1.4 版本 12 1.2 安装Nginx 12 1.2.1 准备工作 13 1.2.2 快速安装 13 1.2.3 运行命令 14 1.2.4 验证安装 15 1.2.5 定制安装 16 1.3 配置Nginx 18 1.3.1 语法格式 19 1.3.2 进程管理 20 1.3.3 动态模块 22 1.3.4 运行日志 22 1.3.5 事件机制 22 1.4 HTTP服务 23 1.4.1 基本配置 24 1.4.3 location配置 25 1.4.4 file配置 26 1.5 TCP/UDP服务 27 1.6 反向代理 28 1.6.1 上游集群 28 1.6.2 负载均衡 29 1.6.3 代理转发 30 1.7 变量 30 1.8 总结 32 第2章 Nginx开发准备 33 2.1 源码结构 33 2.2 源码特点 34 2.2.1 代码风格 34 2.2.2 代码优化 35 2.2.3 面向对象思想 35 2.3 头文件 36 2.4 总结 36 第3章 Nginx基础设施 37 3.1 常数 37 3.1.1 环境信息 37 3.1.2 版本信息 38 3.1.3 错误码 38 3.2 整数类型 39 3.2.1 标准整数类型 39 3.2.2 自用整数类型 40 3.2.3 无效值 40 3.3 内存池 42 3.3.1 结构定义 42 3.3.2 操作函数 43 3.3.3 用法示例 44 3.4 字符串 44 3.4.1 结构定义 44 3.4.2 操作函数 45 3.4.3 用法示例 48 3.5 时间 49 3.5.1 结构定义 49 3.5.2 操作函数 49 3.5.3 用法示例 50 3.6 日期 50 3.6.1 结构定义 50 3.6.2 操作函数 51 3.6.3 用法示例 52 3.7 运行日志 52 3.7.1 结构定义 52 3.7.2 操作函数 53 3.7.3 用法示例 54 3.8 摘要算法 54 3.8.1 Times33 55 3.8.2 CRC 55 3.8.3 MurmurHash 56 3.8.4 MD5 57 3.8.5 SHA-1 57 3.9 数据编码 58 3.9.1 Base64 58 3.9.2 HTML/JSON 59 3.10 总结 60 第4章 Nginx高级数据结构 61 4.1 动态数组 61 4.1.1 结构定义 62 4.1.2 操作函数 63 4.1.3 用法示例 64 4.2 单向链表 65 4.2.1 结构定义 65 4.2.2 操作函数 66 4.2.3 用法示例 66 4.3 双端队列 68 4.3.1 结构定义 68 4.3.2 操作函数 69 4.3.3 用法示例 71 4.4 红黑树 72 4.4.1 结构定义 73 4.4.2 操作函数 75 4.4.3 用法示例 76 4.5 缓冲区 78 4.5.1 结构定义 78 4.5.2 操作函数 80 4.5.3 用法示例 81 4.6 数据块链 82 4.6.1 结构定义 82 4.6.2 操作函数 83 4.6.3 用法示例 83 4.7 总结 84 第5章 Nginx开发概述 85 5.1 开发示例 85 5.1.1 模块设计 85 5.1.2 配置解析 86 5.1.3 处理函数 88 5.1.4 模块集成 90 5.1.5 编译脚本 91 5.1.6 测试验证 92 5.2 开发流程 92 5.2.1 设计 93 5.2.2 开发 93 5.2.3 编译 94 5.2.4 测试验证 94 5.2.5 调优 94 5.2.6 流程图 95 5.3 编译脚本 95 5.3.1 运行机制 96 5.3.2 脚本变量 96 5.3.3 添加模块 97 5.3.4 脚本格式 97 5.3.5 旧式脚本 98 5.4 总结 99 第6章 Nginx模块体系 100 6.1 模块架构 100 6.1.1 结构定义 100 6.1.2 模块的签名 102 6.1.3 模块的种类 103 6.1.4 模块的函数指针表 104 6.1.5 模块的类图 105 6.1.6 模块的组织形式 106 6.1.7 模块的静态加载 108 6.1.8 模块的动态加载 110 6.2 配置解析 113 6.2.1 结构定义 113 6.2.2 配置解析的基本流程 116 6.2.3 存储模型 118 6.2.4 访问配置数据 122 6.2.5 配置数据的位置 123 6.2.6 配置数据的解析 124 6.2.7 配置数据的合并 126 6.2.8 配置指令的类型 127 6.3 源码分析 128 6.3.1 ngx_core_module 128 6.3.2 ngx_errlog_module 130 6.4 总结 132 第7章 Nginx功能框架 134 7.1 框架简介 134 7.1.1 模块分类 134 7.1.2 处理流程 135 7.1.3 请求的处理阶段 137 7.1.4 请求结构体 138 7.1.5 请求的环境数据 140 7.2 处理引擎 141 7.2.1 函数原型 141 7.2.2 处理函数的存储方式 141 7.2.3 内容处理函数 142 7.2.4 引擎的数据结构 143 7.2.5 引擎的初始化 144 7.2.6 引擎的运行机制 145 7.2.7 日志阶段的处理 148 7.3 过滤引擎 148 7.3.1 函数原型 148 7.3.2 过滤函数链表 149 7.3.3 过滤函数的顺序 150 7.3.4 过滤链表的运行机制 152 7.3.5 请求体过滤 153 7.4 源码分析 153 7.4.1 ngx_http_static_module 154 7.4.2 ngx_http_not_modified_filter_module 155 7.5 总结 156 第8章 Nginx请求处理 158 8.1 状态码 158 8.2 请求结构体 159 8.3 请求行 160 8.3.1 请求方法 160 8.3.2 协议版本号 161 8.3.3 资源标识符 161 8.4 请求头 162 8.5 请求体 163 8.5.1 结构定义 163 8.5.2 操作函数 164 8.6 响应头 164 8.6.1 结构定义 164 8.6.2 操作函数 165 8.7 响应体 166 8.8 源码分析 166 8.8.1 ngx_http_static_module 166 8.8.2 ngx_http_not_modified_filter_module 168 8.9 开发示例：content handler 169 8.9.1 模块设计 169 8.9.2 配置数据 169 8.9.3 处理函数 170 8.9.4 注册函数 171 8.9.5 模块集成 172 8.9.6 编译脚本 173 8.9.7 测试验证 173 8.10 开发示例：filter 173 8.10.1 模块设计 173 8.10.2 配置数据 174 8.10.3 环境数据 174 8.10.4 注册过滤函数 175 8.10.5 过滤响应头 175 8.10.6 过滤响应体 176 8.10.7 模块集成 178 8.10.8 编译脚本 179 8.10.9 测试验证 179 8.11 总结 180 第9章 Nginx请求转发 181 9.1 框架简介 181 9.1.1 工作原理 182 9.1.2 请求结构体 183 9.1.3 上游结构体 184 9.1.4 上游配置参数 185 9.2 请求转发 186 9.2.1 回调函数 186 9.2.2 初始化 188 9.2.3 设置参数 189 9.2.4 启动连接 190 9.2.5 处理响应头 190 9.2.6 处理响应体 191 9.3 负载均衡 192 9.3.1 结构定义 192 9.3.2 初始化模块入口 196 9.3.3 初始化地址列表 197 9.3.4 初始化算法 199 9.3.5 执行算法 200 9.4 源码分析 200 9.4.1 ngx_http_memcached_module 201 9.4.2 ngx_http_upstream_ip_hash_module 203 9.5 开发示例：upstream 206 9.5.1 模块设计 206 9.5.2 配置数据 206 9.5.3 上行数据 208 9.5.4 下行数据 208 9.5.5 启动转发 209 9.5.6 注册函数 210 9.5.7 模块集成 210 9.5.8 编译脚本 211 9.5.9 测试验证 212 9.6 开发示例：balance 212 9.6.1 模块设计 212 9.6.2 配置数据 212 9.6.3 算法数据结构 213 9.6.4 模块入口 213 9.6.5 算法实现 214 9.6.6 模块集成 215 9.6.7 编译脚本 216 9.6.8 测试验证 216 9.7 总结 216 第10章 Nginx子请求 218 10.1 框架简介 218 10.1.1 工作原理 219 10.1.2 请求结构体 220 10.1.3 回调函数 221 10.1.4 待处理请求链表 223 10.1.5 子请求存储结构 223 10.2 运行机制 223 10.2.1 创建子请求 224 10.2.2 处理引擎 228 10.2.3 数据整理 229 10.3 开发示例 230 10.3.1 模块设计 231 10.3.2 配置数据 231 10.3.3 环境数据 231 10.3.4 回调函数 231 10.3.5 处理函数 232 10.3.6 注册函数 233 10.3.7 测试验证 234 10.4 总结 234 第11章 Nginx变量 236 11.1 结构定义 236 11.1.1 变量 237 11.1.2 复杂变量 238 11.1.3 变量的存储 239 11.1.4 请求结构体 239 11.2 操作变量 240 11.2.1 添加变量 240 11.2.2 获取变量 241 11.2.3 修改变量 242 11.2.4 编译复杂变量 242 11.2.5 获取复杂变量 242 11.3 开发示例：变量 243 11.3.1 模块设计 243 11.3.2 定义变量 243 11.3.3 添加变量 244 11.3.4 获取变量 244 11.3.5 测试验证 245 11.4 开发示例：复杂变量 246 11.4.1 模块设计 246 11.4.2 定义复杂变量 246 11.4.3 编译复杂变量 246 11.4.4 获取复杂变量 247 11.4.5 测试验证 247 11.5 总结 247 第12章 Nginx内存管理机制 249 12.1 基本系统调用 250 12.1.1 malloc 250 12.1.2 posix_memalign 251 12.1.3 free 251 12.2 块式内存池 252 12.2.1 结构定义 252 12.2.2 常量定义 255 12.2.3 创建内存池 255 12.2.4 分配内存 257 12.2.5 分配大块内存 258 12.2.6 分配小块内存 259 12.2.7 释放内存 264 12.2.8 清理机制 264 12.2.9 清空内存池 265 12.2.10 销毁内存池 266 12.3 页式内存池 267 12.3.1 结构定义 268 12.3.2 常量定义 270 12.3.3 初始化内存池 271 12.3.4 分配内存 273 12.3.5 分配大块内存 275 12.3.6 分配小块内存 277 12.3.7 释放内存 280 12.4 总结 282 第13章 Nginx进程机制 284 13.1 基本系统调用 284 13.1.1 errno 284 13.1.2 getrlimit 285 13.2 进程系统调用 285 13.2.1 getpid 285 13.2.2 fork 286 13.2.3 waitpid 286 13.3 信号系统调用 287 13.3.1 kill 287 13.3.2 sigaction 288 13.3.3 sigsuspend 288 13.4 结构定义 288 13.4.1 ngx_cycle_t 288 13.4.2 ngx_core_conf_t 289 13.4.3 ngx_process_t 290 13.5 全局变量 291 13.5.1 命令行相关 291 13.5.2 操作系统相关 292 13.5.3 进程功能相关 292 13.5.4 信号功能相关 293 13.6 启动过程 293 13.6.1 基本流程 293 13.6.2 解析命令行 294 13.6.3 版本和帮助信息 294 13.6.4 初始化cycle 294 13.6.5 测试配置 296 13.6.6 发送信号 297 13.6.7 守护进程化 297 13.6.8 启动工作进程 298 13.6.9 流程图 298 13.7 信号处理 299 13.7.1 信号处理函数 300 13.7.2 发送信号 300 13.7.3 处理信号 301 13.8 单进程模式 302 13.8.1 single进程 302 13.8.2 single进程流程图 304 13.9 多进程模式 304 13.9.1 产生子进程 304 13.9.2 master进程 306 13.9.3 master进程流程图 309 13.9.4 worker进程 310 13.9.5 worker进程流程图 312 13.10 总结 313 第14章 Nginx进程间通信机制 315 14.1 基本系统调用 315 14.1.1 atomic 315 14.1.2 sched_yield 316 14.1.3 semaphore 316 14.1.4 mmap 317 14.2 共享内存（Ⅰ） 317 14.2.1 结构定义 317 14.2.2 创建共享内存 317 14.2.3 使用共享内存 318 14.3 自旋锁 318 14.3.1 自旋锁定 319 14.3.2 解除锁定 320 14.3.3 使用自旋锁 320 14.4 互斥锁 320 14.4.1 结构定义 320 14.4.2 创建互斥锁 321 14.4.3 互斥锁定 322 14.4.4 解除锁定 323 14.4.5 销毁互斥锁 324 14.4.6 使用互斥锁 324 14.5 读写锁 325 14.5.1 写锁定 325 14.5.2 读锁定 325 14.5.3 解除锁定 326 14.5.4 降级锁定 326 14.5.5 使用读写锁 327 14.6 共享内存（Ⅱ） 327 14.6.1 结构定义 327 14.6.2 添加共享内存 328 14.6.3 创建共享内存 329 14.6.4 使用共享内存 330 14.7 总结 331 第15章 Nginx事件机制 333 15.1 基本系统调用 333 15.1.1 errno 334 15.1.2 ioctl 334 15.1.3 setitimer 334 15.1.4 gettimeofday 334 15.2 socket系统调用 335 15.2.1 socket 335 15.2.2 bind 335 15.2.3 listen 336 15.2.4 accept 336 15.2.5 connect 336 15.2.6 recv 336 15.2.7 send 337 15.2.8 setsockopt 337 15.2.9 close 337 15.2.10 函数关系图 338 15.3 epoll系统调用 338 15.3.1 epoll_create 339 15.3.2 epoll_ctl 339 15.3.3 epoll_wait 340 15.3.4 LT和ET 341 15.3.5 函数关系图 342 15.4 结构定义 342 15.4.1 ngx_event_t 342 15.4.2 ngx_connection_t 343 15.4.3 ngx_listening_t 345 15.4.4 ngx_cycle_t 346 15.4.5 ngx_os_io_t 347 15.4.6 ngx_event_actions_t 351 15.4.7 ngx_posted_events 353 15.4.8 关系图 354 15.5 定时器 354 15.5.1 红黑树 354 15.5.2 操作函数 355 15.5.3 超时处理 355 15.6 模块体系 358 15.6.1 函数指针表 358 15.6.2 模块的组织形式 359 15.6.3 核心配置 361 15.6.4 epoll模块 362 15.7 全局变量 363 15.7.1 更新时间相关 363 15.7.2 事件机制相关 364 15.7.3 负载均衡相关 365 15.7.4 统计相关 365 15.8 进程初始化 366 15.8.1 初始化函数 366 15.8.2 基本参数初始化 368 15.8.3 事件机制初始化 369 15.8.4 连接池初始化 370 15.8.5 监听端口初始化 371 15.8.6 初始化流程图 373 15.9 运行机制 373 15.9.1 添加事件 374 15.9.2 删除事件 377 15.9.3 处理事件 378 15.9.4 接受连接 382 15.9.5 负载均衡 384 15.10 避免阻塞 389 15.11 总结 390 第16章 Nginx多线程机制 392 16.1 eventfd系统调用 392 16.2 pthread系统调用 393 16.3 结构定义 393 16.3.1 ngx_thread_task_t 394 16.3.2 ngx_thread_pool_queue_t 394 16.3.3 ngx_thread_pool_t 395 16.3.4 结构关系图 396 16.4 事件通知 396 16.4.1 函数接口 396 16.4.2 初始化 397 16.4.3 发送通知 398 16.4.4 处理通知 398 16.5 运行机制 399 16.5.1 完成任务队列 399 16.5.2 创建线程池 399 16.5.3 创建任务 400 16.5.4 投递任务 401 16.5.5 执行任务 402 16.5.6 任务完成回调 404 16.5.7 销毁线程池 405 16.6 开发示例 406 16.6.1 模块设计 406 16.6.2 配置数据 407 16.6.3 线程任务 407 16.6.4 任务完成回调 408 16.6.5 投递任务 409 16.6.6 测试验证 410 16.7 总结 410 第17章 Nginx Stream机制 412 17.1 模块体系 412 17.1.1 函数指针表 413 17.1.2 基础模块 413 17.1.3 核心模块 415 17.1.4 结构关系图 416 17.1.5 存储模型 416 17.2 监听端口 418 17.2.1 结构定义 418 17.2.2 解析配置 420 17.2.3 启动监听 424 17.3 处理引擎 425 17.3.1 阶段定义 426 17.3.2 函数原型 426 17.3.3 处理函数的存储方式 426 17.3.4 引擎数据结构 427 17.3.5 结构关系图 428 17.3.6 引擎的初始化 428 17.4 过滤引擎 430 17.4.1 函数原型 430 17.4.2 过滤函数链表 430 17.5 运行机制 431 17.5.1 会话结构体 431 17.5.2 创建会话 432 17.5.3 执行引擎 435 17.5.4 通用阶段处理 437 17.5.5 预读数据 438 17.5.6 产生响应数据 442 17.5.7 过滤数据 442 17.5.8 结束会话 442 17.6 开发示例 443 17.6.1 discard协议 444 17.6.2 time协议 446 17.6.3 echo协议 448 17.7 总结 450 第18章 Nginx HTTP机制 452 18.1 结构定义 452 18.1.1 ngx_http_state_e 452 18.1.2 ngx_http_connection_t 453 18.1.3 ngx_http_request_t 453 18.2 初始化连接 454 18.2.1 建立连接 455 18.2.2 等待数据 456 18.2.3 读取请求头 458 18.3 执行引擎 463 18.3.1 初始化引擎 463 18.3.2 通用阶段 465 18.3.3 改写阶段 466 18.3.4 访问控制阶段 467 18.3.5 内容产生阶段 469 18.4 处理请求体 470 18.4.1 丢弃缓冲区数据 470 18.4.2 读取并丢弃数据 471 18.4.3 读事件处理函数 473 18.4.4 启动丢弃处理 474 18.5 发送数据 475 18.5.1 发送初始化 475 18.5.2 事件处理函数 476 18.6 结束请求 478 18.6.1 释放请求资源 478 18.6.2 检查引用计数结束请求 479 18.6.3 检查状态结束请求 480 18.6.4 综合处理结束请求 481 18.7 总结 483 第19章 Nginx与设计模式 485 19.1 设计模式简介 485 19.2 框架级别的模式 485 19.3 业务级别的模式 487 19.4 代码级别的模式 488 19.5 总结 490 第20章 Nginx C++开发 491 20.1 语言简介 491 20.2 开发准备 492 20.2.1 程序库 492 20.2.2 头文件 492 20.2.3 编程范式 493 20.2.4 实现原则 493 20.2.5 源码组织 494 20.2.6 编译脚本 495 20.3 封装类 497 20.3.1 基础设施 497 20.3.2 高级数据结构 500 20.3.3 功能框架 505 20.3.4 请求处理 509 20.4 开发示例：content handler 510 20.4.1 配置信息类 510 20.4.2 业务逻辑类 511 20.4.3 模块集成类 512 20.4.4 实现源文件 515 20.5 开发示例：filter 515 20.5.1 配置信息类 515 20.5.2 环境数据类 515 20.5.3 业务逻辑类 516 20.5.4 模块集成类 518 20.5.5 实现源文件 519 20.6 总结 519 第21章 Nginx JavaScript开发 521 21.1 语言简介 521 21.2 模块简介 522 21.3 开发准备 523 21.4 指令简介 523 21.5 功能接口 524 21.5.1 运行日志 524 21.5.2 变量 525 21.5.3 请求处理 525 21.5.4 子请求 527 21.5.5 定时器 527 21.5.6 流处理 527 21.6 开发示例 528 21.6.1 content handler 528 21.6.2 subrequest 529 21.6.3 A/B testing 530 21.7 总结 531 第22章 Nginx Lua开发 532 22.1 语言简介 532 22.2 模块简介 533 22.2.1 http_lua 533 22.2.2 stream_lua 533 22.2.3 lua-resty-lib 534 22.3 开发准备 534 22.4 指令简介 535 22.4.1 配置指令 536 22.4.2 功能指令 536 22.4.3 指令关系图 538 22.5 应用开发流程 538 22.6 功能接口 539 22.6.1 运行日志 539 22.6.2 时间与日期 540 22.6.3 变量 540 22.6.4 正则表达式 541 22.6.5 请求处理 542 22.6.6 请求转发 544 22.6.7 子请求 545 22.6.8 定时器 546 22.6.9 共享内存 546 22.7 开发示例 547 22.7.1 content handler 548 22.7.2 filter 549 22.7.3 upstream 550 22.7.4 subrequest 550 22.7.5 discard 551 22.7.6 echo 552 22.8 总结 552 第23章 Nginx调试与测试 554 23.1 调试 554 23.1.1 调试器 554 23.1.2 调试断点 555 23.1.3 调试日志 556 23.2 功能测试 558 23.2.1 测试套件 559 23.2.2 测试用例 559 23.2.3 运行测试 564 23.3 性能测试 564 23.3.1 ab 565 23.3.2 http_load 565 23.3.3 wrk 566 23.3.4 Test::Nginx 567 23.4 总结 568 第24章 Nginx性能分析 569 24.1 简介 569 24.2 火焰图 570 24.3 分析工具 572 24.3.1 使用方式 572 24.3.2 处理数据 573 24.4 动态追踪 576 24.4.1 CPU分析 577 24.4.2 I/O分析 579 24.4.3 Memory分析 580 24.4.4 观测工具 581 24.5 总结 582 第25章 结束语 583 25.1 本书的遗憾 583 25.2 下一步 583 25.3 临别赠言 584 附录A 推荐书目 585 附录B 字符串格式化 587 附录C 开发辅助工具 589

罗剑锋（网名Chrono），1996年就读于东北财经大学；1997年开始接触C/C++；1998年参加计算机软件专业技术资格和水平考试，获高级程序员资质；2003年毕业于北京理工大学，获计算机专业硕士学位。主要研究方向为C/C++、设计模式、高性能网络服务器开发，业余爱好是阅读、旅游、欣赏音乐和电影。

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