本文基于Nginx 0.8.55源代码，并基于epoll机制分析
对于nginx而言，事件机制的处理无非就是几个部分：
- 网络IO事件的处理
- 文件IO事件的处理
- 定时器事件的处理
（当然还有许多其他的不过我现在并不是很关心。。）
我在读Nginx定时器事件相关的代码时看到了很多有趣的设计和考量，感觉还是值得写一写的，当然大佬们可能司空见惯了……嘛。
1. nginx的时间缓存
首先，由于较早期的Linux中，gettimeofday()本身是一个系统调用，对它的频繁调用会有比较大的开销，因此，Nginx采用了在本地缓存时间的做法。
Nginx是用几个全局变量来缓存时间的：
volatile ngx_msec_t ngx_current_msec;
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;
从命名和类型也能看出来，Nginx给各个模块提供了各种类型的缓存变量，以供其他需要调用ngx_time()和ngx_timeofday()的模块提供当前时间，从而避免了gettimeofday()等系统调用的开销（当然，较新版本的Linux中gettimeofday()已经不是传统意义上的系统调用了，但是比较新的Nginx源码我也没看……）
Nginx还提供了几个队列来缓存时间的更新历史：
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")];
事实上上面那些缓存变量的实际值最终都指向了这些队列中的值，不过我grep了一下源码，这些队列好像也没在别处派上用场…所以对他们也不详细介绍了，简而言之就是Nginx维护了一个slot全局变量，每次在ngx_time_update函数中调用gettimeofday()获取当前时间，在队列后插入新时间然后移动slot来指示当前缓存值，并且把ngx_cache_time等指针指向最新的cache_time[slot]就行了。
具体可以看ngx_time_update()的实现即可。
2. Nginx何时更新缓存
这里我们主要关注的问题是，Nginx更新时间缓存的时机是什么时候呢？
当然初启动和cycle的初始化有几次更新的时机，这里我们主要考虑事件处理过程中时间更新的时机。
这里Nginx给出了两种不同的解决方案，由ngx_time_resolution变量决定：
- 在
ngx_timer_resolution为0的时候，Nginx会在每次调用epoll_wait后进行一次时间缓存的更新 - 在
ngx_timer_resolution不为0的时候，这个值代表着时间精度，即“多长时间更新一次缓存”，这时候Nginx会在时间模块初始化的时候设置定时器，让定时器的中断时间为ngx_timer_resolution规定的毫秒数，每触发一次SIGALRM信号，就调用一次ngx_time_update()。
当然，我们断然不会允许信号处理函数本身占用过多的CPU时间，所以其信号处理函数的实现非常简单：
void
ngx_timer_signal_handler(int signo)
{
ngx_event_timer_alarm = 1;
#if 1
ngx_log_debug0(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, ngx_cycle->log, 0, "timer signal");
#endif
}
而真正调用ngx_time_update()则是在ngx_process_events()中：
static ngx_int_t
ngx_epoll_process_events(ngx_cycle_t *cycle, ngx_msec_t timer, ngx_uint_t flags)
{
int events;
uint32_t revents;
ngx_int_t instance, i;
ngx_uint_t level;
ngx_err_t err;
ngx_log_t *log;
ngx_event_t *rev, *wev, **queue;
ngx_connection_t *c;
/* NGX_TIMER_INFINITE == INFTIM */
ngx_log_debug1(NGX_LOG_DEBUG_EVENT, cycle->log, 0,
"epoll timer: %M", timer);
// 调用epoll_wait
events = epoll_wait(ep, event_list, (int) nevents, timer);
err = (events == -1) ? ngx_errno : 0;
// 这里时更新时间的时机之一
// 如果SIGALRM的回调函数被调用，那么ngx_event_timer_alarm设为1，此时更新时间
if (flags & NGX_UPDATE_TIME || ngx_event_timer_alarm) {
ngx_time_update();
}
if (err) {
if (err == NGX_EINTR) {
// 如果是被时钟中断，那么返回NGX_OK
if (ngx_event_timer_alarm) {
ngx_event_timer_alarm = 0;
return NGX_OK;
}
level = NGX_LOG_INFO;
} else {
level = NGX_LOG_ALERT;
}
ngx_log_error(level, cycle->log, err, "epoll_wait() failed");
return NGX_ERROR;
}
/* 省略处理事件的代码 */
}
这里我们可以看到，函数中首先会检查一下flag参数的NGX_UPDATE_TIME标志位，这是ngx_timer_resolution为0的时候才会设置的位，表示每次事件处理都会更新时间缓存。而这之外的情况则是ngx_timer_resolution不为0，由软中断设置标志位才会触发时间缓存的更新。
这里也处理了当epoll_wait被信号中断的情况，如果错误正好是EINTR且ngx_event_timer_alarm正好为1，那么就认为是该信号中断了epoll_wait，并把ngx_event_timer_alarm清0。
3. 定时事件的组织方式
对于定时事件，或者超时事件的处理，我们有一个非常简单的直觉：给每个定时事件注册一个定时器，在定时器回调中去处理过期事件不就好了？代码写起来多简单，要是再有个lambda表达式……
可惜不行 ，系统底层提供的定时器数量肥肠有限，不过我们倒是可以把API设计成这样……扯远了。
Nginx这里采用了一个很简单而有效的策略：选择一个合适的时机，尽可能地检查最近要过期的事件是不是已经过期，有的话就处理，没有的话就跳过。
那么维护一个可以很快取得“最近要过期的结构”就显得很重要了，而且在繁复的事件处理过程中，定时事件会随机地插入，所以简单的队列也无法胜任——这个时候熟悉数据结构的同学可能很快就想到了红黑树。
没错，Nginx就是采用红黑树来管理定时事件（或者我们叫他超时事件）。以到期时间为key管理这颗红黑树，那么红黑树中最左边的事件就是即将超期的事件。而当事件的消费者要插入事件，消费完之后要删除事件，包括寻找即将超期的事件，这些操作的时间复杂度都控制在O(logN)内，效率是相当高的。（关于红黑树这种数据结构的细节，请参考数据结构的专著）
这是Nginx管理超时事件的基调。具体的代码实现可以参照src/event/ngx_event_timer.c的三个函数，基本上就是一些红黑树的增删改查然后调回调啊之类的。
4. 处理定时事件的时机
超时事件的处理时机，当然还是放在大的事件循环中，为了减少accept锁的占用时间，超时事件的处理当然还是放在释放accept锁的时机之后。
为了防止不开启timer_resolution的情况下，epoll_wait()占用太多时间，在调用ngx_process_events(cycle, timer, flags)之前，Nginx会先计算距离最近超时事件的时间，然后把这个时间记录在timer变量中传给epoll_wait的超时参数，来控制epoll_wait的占用时长。
此外，Nginx还会计算ngx_process_events调用所占用的时长（delta变量）,唯有delta > 0的情况，才会调用ngx_event_expire_timers()来处理超时事件，以此来避免无意义的搜索（真是煞费苦心啊）。
下面可以整体看看在事件循环中超时事件处理所占的位置：
void
ngx_process_events_and_timers(ngx_cycle_t *cycle)
{
ngx_uint_t flags;
ngx_msec_t timer, delta;
if (ngx_timer_resolution) {
timer = NGX_TIMER_INFINITE;
flags = 0;
} else {
// 把距离最近的超时事件的时间记录在timer中
timer = ngx_event_find_timer();
flags = NGX_UPDATE_TIME;
}
// 这里是处理负载均衡锁和accept锁的时机
/* 省略了accept锁的竞争 */
delta = ngx_current_msec;
// 调用事件处理模块的process_events，处理一个epoll_wait的方法
(void) ngx_process_events(cycle, timer, flags);
delta = ngx_current_msec - delta; //计算处理events事件所消耗的时间
// 如果有延后处理的accept事件，那么延后处理这个事件
if (ngx_posted_accept_events) {
ngx_event_process_posted(cycle, &ngx_posted_accept_events);
}
// 释放accept锁
if (ngx_accept_mutex_held) {
ngx_shmtx_unlock(&ngx_accept_mutex);
}
// 处理所有的超时事件
if (delta) {
ngx_event_expire_timers();
}
/* 省略了延后事件的处理 */
}
