nginx listen指令浅析之add listen

前言

我们在上篇文章中介绍了address:port的解析过程，这篇文章继续讲解解析listen指令的后续过程。
解析listen指令的函数是 ngx_http_core_listen()，这个函数的前半部分是解析address:port ，我们在上篇文章中介绍过。后面紧接着就是解析各种 default_server, recvbuf 等字段，这些很简单，只需要设置ngx_http_listen_opt_t结构体中的相应字段即可，主要的功能在于下面的 ngx_http_add_listen() 函数。

函数功能

我们知道ngx_http_core_main_conf_t结构体中有一个ports字段，这个字段是一个ngx_http_conf_port_t类型的数组。这个数组保存了当前http块指令监听的所有端口。ngx_http_add_listen() 函数就是把监听的端口信息保存到这个数组中。

数据结构体

牵涉到的结构体如下：
端口数据结构：

typedef struct {
    // 协议族类型，我们只讨论IPV4,所以这里是AF_INET
    ngx_int_t    family;
    // 监听的端口号
    in_port_t    port;
    /* array of ngx_http_conf_addr_t */
    ngx_array_t   addrs;     
} ngx_http_conf_port_t;

address数据结构：

typedef struct {
    ngx_http_listen_opt_t      opt;

    ngx_hash_t                 hash;
// 下面三个字段都是哈希表，用来保存当前address:port对应的server_name
// 其中key是server_name对应的字符串
// value 是 ngx_http_core_srv_conf_t 结构体
    ngx_hash_wildcard_t       *wc_head;
    ngx_hash_wildcard_t       *wc_tail;
    
    ngx_uint_t                 nregex;
    ngx_http_server_name_t    *regex;

    /* the default server configuration for this address:port */
    ngx_http_core_srv_conf_t  *default_server;
     /* array of ngx_http_core_srv_conf_t */
    ngx_array_t                servers; 
} ngx_http_conf_addr_t;

源码分析

下面的ngx_http_add_listen()源码删除了IPV6和Unix Domain代码，只保留了IPV4相关的代码，如下：

ngx_int_t
ngx_http_add_listen(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_srv_conf_t *cscf,
    ngx_http_listen_opt_t *lsopt)
{
    in_port_t                   p;
    ngx_uint_t                  i;
    struct sockaddr            *sa;
    struct sockaddr_in         *sin;
    ngx_http_conf_port_t       *port;
    ngx_http_core_main_conf_t  *cmcf;

    cmcf = ngx_http_conf_get_module_main_conf(cf, ngx_http_core_module);
 
// 为 ngx_http_core_main_conf_t 结构的 port 分配空间，保存所有的端口
    if (cmcf->ports == NULL) {
        cmcf->ports = ngx_array_create(cf->temp_pool, 2,
                                       sizeof(ngx_http_conf_port_t));
    }
 
    sa = &lsopt->u.sockaddr;
 
    switch (sa->sa_family) {
 
    default: /* AF_INET */
        sin = &lsopt->u.sockaddr_in;
        p = sin->sin_port; // 拿到当前listen指令的端口号
        break;
    }
 
    port = cmcf->ports->elts;
// 遍历所有的port，查看该端口号是否已经存在
    for (i = 0; i < cmcf->ports->nelts; i++) {
    // 这里的意思就是：只有当协议版本和端口号都相同的话才算是同一个端口号
        if (p != port[i].port || sa->sa_family != port[i].family) {
            continue;
        }
 
        /* a port is already in the port list */
// 如果执行到这里，说明之前已经存在了一个协议版本和端口号都相同的listen，这样的话我们应该把当前监听的
// address 加入到已有的port->addrs 数组中，统一管理当前端口对应的 address
        return ngx_http_add_addresses(cf, cscf, &port[i], lsopt);
    }
 
    /* add a port to the port list */
 // 如果当前端口不存在，那么就向 ngx_http_core_main_conf_t->port 中添加一个元素
// 表示一个我们监听了一个新的端口
    port = ngx_array_push(cmcf->ports);
    if (port == NULL) {
        return NGX_ERROR;
    }
 
    port->family = sa->sa_family;// port中保存了协议类型，因为我们区分不同的协议
    port->port = p;
    port->addrs.elts = NULL;
   // 将当前listen的address加入到port->addr中
    return ngx_http_add_address(cf, cscf, port, lsopt);
}

其实这个函数很简单，具体可以分为以下几个步骤:

遍历所有的ports，查找是否存在相同协议类型和端口的元素
如果存在上述的元素，就调ngx_http_add_addresses()
如果不存在上述元素，就调用ngx_http_add_address()

上面的两个函数名字也很有意思，ngx_http_add_addresses()使用了复数形式的addresses()，其实也说明了相同的元素已经存在，这里需要添加多个元素。ngx_http_add_address()使用单数形式的address，说明添加的应该是第一个元素。

端口不存在

上面我们分析过，如果端口不存在，那么会调用ngx_http_add_address()函数，代码如下：

//这个函数是将一个listen的addr加入到port->addrs数组中
static ngx_int_t
ngx_http_add_address(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_srv_conf_t *cscf,
    ngx_http_conf_port_t *port, ngx_http_listen_opt_t *lsopt)
{
    ngx_http_conf_addr_t  *addr;
 
    if (port->addrs.elts == NULL) {
        if (ngx_array_init(&port->addrs, cf->temp_pool, 4,
                           sizeof(ngx_http_conf_addr_t))
            != NGX_OK)
        {
            return NGX_ERROR;
        }
    }
 
// 下面的代码就是将listen的address添加到port->addrs数组中.
// 然后初始化这个元素
    addr = ngx_array_push(&port->addrs);
    addr->opt = *lsopt;
    addr->hash.buckets = NULL;
    addr->hash.size = 0;
    addr->wc_head = NULL;
    addr->wc_tail = NULL;
#if (NGX_PCRE)
    addr->nregex = 0;
    addr->regex = NULL;
#endif
//先给default_server赋一个默认值，也即是当前address:port对应的ngx_http_core_srv_conf_t结构体
// 下面的 ngx_http_add_server会根据 ngx_http_listen_opt_t 结构体的值重新给 default_server赋值.
// 如果我们在listen后面没有设置default_server指令，那么所有相同 address:port 的server的第一个server就是default_server
    addr->default_server = cscf;
    addr->servers.elts = NULL;
 // 下面的函数是将一个ngx_http_core_srv_conf_t 结构体添加到 addr->servers 中
// 由于同一个 address:port 可以对应于多个server，所以这里通过 port->addr->server字段
//将相同的 address:port 对应的所有虚拟主机关联起来
    return ngx_http_add_server(cf, cscf, addr);
}

添加server

每个address:port都可能对应多个server，ngx_http_add_server函数就是server和address:port对应起来。

static ngx_int_t
ngx_http_add_server(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_srv_conf_t *cscf,
    ngx_http_conf_addr_t *addr)
{
    ngx_uint_t                  i;
    ngx_http_core_srv_conf_t  **server;
 
    if (addr->servers.elts == NULL) {
        if (ngx_array_init(&addr->servers, cf->temp_pool, 4,
                           sizeof(ngx_http_core_srv_conf_t *))
            != NGX_OK)
        {
            return NGX_ERROR;
        }
 
    } else {
        server = addr->servers.elts;
        for (i = 0; i < addr->servers.nelts; i++) {
            if (server[i] == cscf) {
// 这一部分的意思就是：防止同一个server块内有两个listen指令
                ngx_conf_log_error(NGX_LOG_EMERG, cf, 0,
                                   "a duplicate listen %s", addr->opt.addr);
                return NGX_ERROR;
            }
        }
    }
    
// 下面的代码实在是没有什么意思，就是将 listen 指令所在的 ngx_http_core_srv_conf_t 
// 结构体添加到 addr->servers 数组中
    server = ngx_array_push(&addr->servers);
    *server = cscf;
 
    return NGX_OK;
}

端口已存在

上面我们说过，如果相同的端口已经存在，那么就会调用ngx_http_add_addresses()函数将当前的端口添加到相应的数组元素中。我们下面看一下这个函数。

再次重申:执行ngx_http_add_addresses的时候，表示当前listen的port已经存在。

static ngx_int_t
ngx_http_add_addresses(ngx_conf_t *cf, ngx_http_core_srv_conf_t *cscf,
    ngx_http_conf_port_t *port, ngx_http_listen_opt_t *lsopt)
{
    u_char                *p;
    size_t                 len, off;
    ngx_uint_t             i, default_server;
    struct sockaddr       *sa;
    ngx_http_conf_addr_t  *addr;
 
    /*
     * we cannot compare whole sockaddr struct's as kernel
     * may fill some fields in inherited sockaddr struct's.
* 不能比较整个sockaddr结构体，因为内核可能在sockaddr中填充了其他的字段。
* 我的理解：不同版本的内核，sockaddr结构体中可能包含不同的字段，所以不能比较整个结构体，只能比较一些必然会存在的字段.
* 这应该也是为了兼容性
     */
 
    sa = &lsopt->u.sockaddr;
 
    switch (sa->sa_family) {

    default: /* AF_INET */
// off 字段指向了 sockaddr_in 中 sin_addr 的起始地址
// len 字段说明了 sin_addr 的长度
// 下面我们要比较相同的address是否已经存在了
        off = offsetof(struct sockaddr_in, sin_addr);
        len = 4;// sin_addr的长度
        break;
    }
 
    p = lsopt->u.sockaddr_data + off;
 
    addr = port->addrs.elts;
 
    for (i = 0; i < port->addrs.nelts; i++) {
 // 遍历当前port所有的addrs，查找是否存在相同 address 
        if (ngx_memcmp(p, addr[i].opt.u.sockaddr_data + off, len) != 0) {
            continue;
        }
 
        /* the address is already in the address list */
 // 如果address已经存在，也就是说 address 和 port 全部相同
// 那么我们就只需把 ngx_http_core_srv_conf_t 添加到 addrs->servers
// 数组中即可
        if (ngx_http_add_server(cf, cscf, &addr[i]) != NGX_OK) {
            return NGX_ERROR;
        }
 
        /* preserve default_server bit during listen options overwriting */
// 看一下当前遍历到的listen指令是否设置了 default_server 
        default_server = addr[i].opt.default_server;
 
        if (lsopt->set) {
// 这里的作用我们在 关于listen指令中的bind和set.note 文章中已经说过了
            if (addr[i].opt.set) {
                ngx_conf_log_error(NGX_LOG_EMERG, cf, 0,
                        "duplicate listen options for %s", addr[i].opt.addr);
                return NGX_ERROR;
            }
 
            addr[i].opt = *lsopt;
        }
 
        /* check the duplicate "default" server for this address:port */
 
        if (lsopt->default_server) {
 
            if (default_server) {
                ngx_conf_log_error(NGX_LOG_EMERG, cf, 0,
                        "a duplicate default server for %s", addr[i].opt.addr);
                return NGX_ERROR;
            }
 
            default_server = 1;
            addr[i].default_server = cscf;
        }
 
        addr[i].opt.default_server = default_server;
        return NGX_OK;
    }
 
    /* add the address to the addresses list that bound to this port */
    // 如果执行到这里，说明该address尚不存在，所以新建一个address
    return ngx_http_add_address(cf, cscf, port, lsopt);
}

函数的关系

上面的几个函数错综复杂，容易弄混，我对这几个函数的功能进行了一些总结。

ngx_http_add_addresses()函数的功能呢：

遍历当前端口addrs数组的所有元素，查看是否有addrs元素和当前的address相同
1、如果不存在相同的address元素，则调用ngx_http_add_address()完成如下功能：

将当前listen指令的address作为一个新元素添加到port->addrs数组中
调用 ngx_http_add_server() 函数完成如下功能
如果调用 ngx_http_add_server() 则说明 address 和 port都是相同的，那么我们应该将当前 address:port 对应的 ngx_http_core_srv_conf_t 结构体添加到 port->addrs->servers 数组中。

2、如果存在相同的address元素，那么就调用 ngx_http_add_server()函数完成功能。

测试用例

该配置文件仅用于测试listen指令

user root;
daemon on;
worker_processes  1;
master_process on;

events {
    use epoll;
    worker_connections  1024;
    multi_accept on;
    accept_mutex on;
}


http{

      # server_1,和server_2监听的 ip:port 相同
    server {
       listen  127.0.0.1:8088;
       server_name first;
       location / {
            root   first;
        }
    }

    # server_2，和server_1监听的 ip:port 相同
    server {
        listen  127.0.0.1:8088;
        server_name second;
        location / {
            root   second;
        }
    }

    # 先配置一个虚拟ip: ifconfig eth0:1 192.168.10.5 netmask 255.255.255.0
    # server_3，和server_1监听的 port 相同，但是ip不同
    server {
        listen  192.168.10.5:8088;
        server_name third;
        location / {
            root   third;
        }

    }

     # server_4，和server_3监听的 ip:port 相同
    server {
       listen  192.168.10.5:8088;
       server_name fourth;
       location / {
                root  fourth;
       }

    }


    # server_5
    server {
        listen  127.0.0.1:8089;
        server_name fiveth;
        location /{
            root   fiveth;
        }

    }

    # server_6 与server_5监听的端口相同，ip不同
    server {
        listen  192.168.10.5:8089;
        server_name sixth;
        location /{
            root sixth;
        }

    }


   # server_7 与server_5监听的端口相同，但是监听全部ip
   server {
        listen  8089;
        server_name seventh;
        location / {
                root   seventh;
        }
   }
}

测试结果

listen内存布局

nginx listen指令浅析之add listen

nginx listen指令浅析之add listen

前言

函数功能

数据结构体

源码分析

端口不存在

添加server

端口已存在

函数的关系

测试用例

测试结果

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