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listen优化

前言

我们在前面介绍了listen和server_name指令的处理过程，下面我们继续对这两个指令进行分析。
nginx的http指令的处理函数为ngx_http_block()，在该函数的最后有会调用ngx_http_optimize_servers()函数对listen指令和server_name指令的处理结果进行优化，本文的目的就是分析这个优化过程。

源码分析

首先我们查看ngx_http_block()函数的最后面有如下代码：

 if (ngx_http_optimize_servers(cf, cmcf, cmcf->ports) != NGX_OK) {
        return NGX_CONF_ERROR;
    }

这里调用了ngx_http_optimize_servers()函数对listen指令的结果进行优化。

下面的代码我删除了一些错误判断等处理代码，只关注主流程。

// @params cmcf: 全局的ngx_http_core_main_conf_t结构体
// @params ports: 保存ports信息的数组
static ngx_int_t
ngx_http_optimize_servers(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_main_conf_t *cmcf,
    ngx_array_t *ports)
{
    ngx_uint_t             p, a;
    ngx_http_conf_port_t  *port;
    ngx_http_conf_addr_t  *addr;

    port = ports->elts;
    // 遍历所有的端口，逐个处理每个端口
    for (p = 0; p < ports->nelts; p++) {
// 对 port->addrs 数组中的每个 addr 结构进行排序
// 排序规则下文有分析
        ngx_sort(port[p].addrs.elts, (size_t) port[p].addrs.nelts,
                 sizeof(ngx_http_conf_addr_t), ngx_http_cmp_conf_addrs);

/*
 check whether all name-based servers have the same configuraiton as a default server for given address:port
*/
        addr = port[p].addrs.elts;
        // 遍历端口的每个addrs数组元素，单独处理
        for (a = 0; a < port[p].addrs.nelts; a++) {
        // 如果相同的 address:port 对应的server有多个，
// 那么要对这些server进行排序
            if (addr[a].servers.nelts > 1
                || addr[a].default_server->captures
               )
            {
                if (ngx_http_server_names(cf, cmcf, &addr[a]) != NGX_OK) {
                    return NGX_ERROR;
                }
            }
        }
// 对当前port元素进行初始化
//切记:一个port元素就是一个端口，我们就要监听一个
// 该函数很重要，下篇文章专门分析这个函数
        if (ngx_http_init_listening(cf, &port[p]) != NGX_OK) {
            return NGX_ERROR;
        }
    }

    return NGX_OK;
}

addr排序

上面的代码中遍历所有的ports数组元素，然后对每一个ports元素的addr进行排序。排序函数是ngx_http_cmp_conf_addrs()，代码如下：

static ngx_int_t
ngx_http_cmp_conf_addrs(const void *one, const void *two)
{
    ngx_http_conf_addr_t  *first, *second;
 
    first = (ngx_http_conf_addr_t *) one;
    second = (ngx_http_conf_addr_t *) two;
 
    if (first->opt.wildcard) {
        /* a wildcard address must be the last resort, shift it to the end */
        return 1;
    }
    
    if (second->opt.wildcard) {
        /* a wildcard address must be the last resort, shift it to the end */
        return -1;
    }
 
    if (first->opt.bind && !second->opt.bind) {
        /* shift explicit bind()ed addresses to the start */
        return -1;
    }
 
    if (!first->opt.bind && second->opt.bind) {
        /* shift explicit bind()ed addresses to the start */
        return 1;
    }
 
    /* do not sort by default */
 
    return 0;
}

排序后的规则如下：

如果first addr是wildcard，那么这个addr排在后面second的后面,这一句就说明wildcard 属性要排在所有的地址的后面。
如果first addr不是wildcard，但是second 是wildcard，那么first排在second的前面，也就是说wildcard类型的要排在非wildcard后面
如果 first和second 都不是wildcard，但是first有bind属性，而second没有bind属性，那么first排在second的前面，这个规则说明bind属性要排在非bind的前面。
如果first和second都不是wildcard，但是first没有bind属性，而second有bind属性，那么frist排在second的后面，也是为了说明bind要排在前面。
其他情况的排序规则不变

总而言之，

排序规则

server_name 预处理

在ngx_http_optimize_servers函数中，有下面一段代码：

 for (a = 0; a < port[p].addrs.nelts; a++) {
        // 如果相同的 address:port 对应的server有多个，
// 那么要对这些server进行排序
            if (addr[a].servers.nelts > 1
                || addr[a].default_server->captures
               )
            {
                if (ngx_http_server_names(cf, cmcf, &addr[a]) != NGX_OK) {
                    return NGX_ERROR;
                }
            }
        }

这段代码是遍历一个port端口,然后对当前端口的server进行处理。代码分析如下：

ngx_http_server_names(
ngx_conf_t *cf,  // ngx_conf_t 结构体 配置文件的结构体
ngx_http_core_main_conf_t *cmcf, // 
ngx_http_conf_addr_t *addr  //每个port下面的addr数组中的一个元素
)
{
    ngx_int_t                   rc;
    ngx_uint_t                  n, s;
    ngx_hash_init_t             hash;
    ngx_hash_keys_arrays_t      ha;
    ngx_http_server_name_t     *name;
    ngx_http_core_srv_conf_t  **cscfp;
#if (NGX_PCRE)
    ngx_uint_t                  regex, i;
    regex = 0;
#endif
 
    ngx_memzero(&ha, sizeof(ngx_hash_keys_arrays_t));
 
    ha.temp_pool = ngx_create_pool(NGX_DEFAULT_POOL_SIZE, cf->log);
    if (ha.temp_pool == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
 
    ha.pool = cf->pool;
 
    if (ngx_hash_keys_array_init(&ha, NGX_HASH_LARGE) != NGX_OK) {
        goto failed;
    }
 
// cscfp 指向了addr下面的ngx_http_core_srv_conf_t 数组
    cscfp = addr->servers.elts; 
 // 遍历该addr下面的所有 ngx_http_core_srv_conf_t 数组
    for (s = 0; s < addr->servers.nelts; s++) {
 // ngx_http_core_srv_name中的server_names字段也是一个数组
        name = cscfp[s]->server_names.elts;
 // 这里遍历这个server_names数组
        for (n = 0; n < cscfp[s]->server_names.nelts; n++) {
#if (NGX_PCRE)
            if (name[n].regex) {
                regex++;
                continue;
            }
#endif
 // ngx_http_srv_conf_t 结构体的server_names字段是一个
// ngx_http_server_name_t 数组，这个结构体有一个server字段
// 该字段指向server_name指令所在的ngx_http_core_srv_conf_t结构体
// 下面的指令是将 server_name 和 这个server_name 所在的 
// ngx_http_core_srv_name_t 结构体作为 <key, value> 键值对保存到
// hash表中。这样通过server_name 就可以快速找到对应的 
// ngx_http_core_srv_conf_t 结构体
// 下面的函数是将server name和对应的ngx_http_core_srv_conf_t结构
// 体都添加到ngx_hash_keys_arrays_t数组中，
// 为下面的hash初始化做准备
            rc = ngx_hash_add_key(&ha, &name[n].name, name[n].server,  NGX_HASH_WILDCARD_KEY);
 
           //我们删除了一些错误处理的代码，只关注主流程
 
        }
    }
 
    hash.key = ngx_hash_key_lc;
    hash.max_size = cmcf->server_names_hash_max_size;
    hash.bucket_size = cmcf->server_names_hash_bucket_size;
    hash.name = "server_names_hash";
    hash.pool = cf->pool;
 // ha.keys 保存了不含通配符的hash表
    if (ha.keys.nelts) {
        hash.hash = &addr->hash;
        hash.temp_pool = NULL;
 
        if (ngx_hash_init(&hash, ha.keys.elts, ha.keys.nelts) != NGX_OK) {
            goto failed;
        }
    }
 // ha.dns_wc_head 保存了包含前缀符的哈希表
    if (ha.dns_wc_head.nelts) {
 // 先对hash表中的key进行排序，然后在进行初始化
        ngx_qsort(ha.dns_wc_head.elts, (size_t) ha.dns_wc_head.nelts,
                  sizeof(ngx_hash_key_t), ngx_http_cmp_dns_wildcards);
 
        hash.hash = NULL;
        hash.temp_pool = ha.temp_pool;
 
        if (ngx_hash_wildcard_init(&hash, ha.dns_wc_head.elts,
                                   ha.dns_wc_head.nelts)
            != NGX_OK)
        {
            goto failed;
        }
 
        addr->wc_head = (ngx_hash_wildcard_t *) hash.hash;
    }
 // ha.dns_wc_tail 包含了后缀符的哈希表
    if (ha.dns_wc_tail.nelts) {
 // 先对hash表中的key进行排序，然后在进行初始化
    ngx_qsort(ha.dns_wc_tail.elts, (size_t) ha.dns_wc_tail.nelts,
                  sizeof(ngx_hash_key_t), ngx_http_cmp_dns_wildcards);
 
        hash.hash = NULL;
        hash.temp_pool = ha.temp_pool;
 
        if (ngx_hash_wildcard_init(&hash, ha.dns_wc_tail.elts,
                                   ha.dns_wc_tail.nelts)
            != NGX_OK)
        {
            goto failed;
        }
 
        addr->wc_tail = (ngx_hash_wildcard_t *) hash.hash;
    }
 
    ngx_destroy_pool(ha.temp_pool);
 
#if (NGX_PCRE)
 //如果包含了正则匹配，那么 addr->nregex 保存了正在匹配的server的数量
    if (regex == 0) {
        return NGX_OK;
    }
 
    addr->nregex = regex;
    addr->regex = ngx_palloc(cf->pool, regex * sizeof(ngx_http_server_name_t));
    if (addr->regex == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
 
    i = 0;
 
    for (s = 0; s < addr->servers.nelts; s++) {
 
        name = cscfp[s]->server_names.elts;
 
        for (n = 0; n < cscfp[s]->server_names.nelts; n++) {
            if (name[n].regex) {
                addr->regex[i++] = name[n];
            }
        }
    }
 
#endif
 
    return NGX_OK;
 
failed:
 
    ngx_destroy_pool(ha.temp_pool);
 
    return NGX_ERROR;
}

总结

上面的函数很简单，我们总结一下就行了：
使用到的结构体如下所示：

typedef struct {
    ngx_http_listen_opt_t      opt;//当前address:port对应的listen配置项
    // hash, wc_head, wc_tail 这三个哈希表的key都是server_name, value是对应的ngx_http_core_srv_conf_t结构体
    ngx_hash_t                 hash;
    ngx_hash_wildcard_t       *wc_head;
    ngx_hash_wildcard_t       *wc_tail;
 
#if (NGX_PCRE)
    ngx_uint_t                 nregex;
    ngx_http_server_name_t    *regex;
#endif
 
    /* the default server configuration for this address:port */
    ngx_http_core_srv_conf_t  *default_server;
// servers是一个数组，它用来保存当前address:port对应的所有ngx_http_core_srv_conf_t结构体。
// 在ngx_http_servers() 函数处理之后，我们可以从hash, wc_head, wc_tail中方便的获取server name以及对应的ngx_http_core_srv_conf_t
    ngx_array_t                servers;  /* array of ngx_http_core_srv_conf_t */
} ngx_http_conf_addr_t;

opt字段保存了 ngx_http_listen_opt_t 结构体，这个结构体包含了当前端口的一些配置属性。

hash字段保存了不包含通配符的server_name, ngx_http_core_srv_conf_t 组成的键值对。

wc_head 字段：包含前缀通配符的server_name, ngx_http_core_srv_conf_t 组成的键值对。

wc_tail 字段：包含后缀通配符的server_name, ngx_http_core_srv_conf_t 组成的键值对。

nregex 字段：包含正则匹配的 ngx_http_core_srv_conf_t 的数量

regex 字段：这是一个数组，数组元素为 server_name 包含正则表达式的ngx_http_server_name_t 结构。数组的大小为上述的nregex字段的值。

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addr排序

server_name 预处理

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