1. 定义ngx_shmtx_create 函数 定义在 ./nginx-1.24.0/src/core/ngx_shmtx.cngx_int_tngx_shmtx_create(ngx_shmtx_t*mtx,ngx_shmtx_sh_t*addr,u_char*name){mtx-lockaddr-lock;if(mtx-spin(ngx_uint_t)-1){returnNGX_OK;}mtx-spin2048;#if(NGX_HAVE_POSIX_SEM)mtx-waitaddr-wait;if(sem_init(mtx-sem,1,0)-1){ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT,ngx_cycle-log,ngx_errno,sem_init() failed);}else{mtx-semaphore1;}#endifreturnNGX_OK;}函数 ngx_shmtx_create 的作用是 初始化一个共享内存互斥锁Shared Memory Mutex。 在 Nginx 的多进程模型中多个 Worker 进程需要访问同一块共享内存例如用于缓存、限流、连接数限制等。 为了保证数据一致性必须使用跨进程的锁机制。这个函数就是用来设置这个锁的初始状态。2. 详解1. 函数签名ngx_int_tngx_shmtx_create(ngx_shmtx_t*mtx,ngx_shmtx_sh_t*addr,u_char*name)参数 mtx: 当前进程中的互斥锁结构体指针位于进程私有内存。 addr: 共享内存中的互斥锁结构体指针位于所有进程共享的内存区域。 这是关键锁的状态必须放在共享内存中所有进程才能看到。 name: 锁的名字本函数中未直接使用。返回值 ngx_int_t 成功时返回 NGX_OK通常为 0 失败时返回 NGX_ERROR但此函数始终返回 NGX_OK错误仅记录日志。2. 逻辑流程1 绑定本地指针与共享变量1 绑定本地指针与共享变量 2 设置自旋次数 3 初始化信号量 4 返回成功{mtx-lockaddr-lock;addr 指向一个位于共享内存中的结构体 ngx_shmtx_sh_t 该结构体至少包含两个原子变量lock 和 wait用于实现跨进程的锁状态和等待计数。 mtx 是一个进程私有的 ngx_shmtx_t 结构体 它包含一个指针成员 lock类型为 ngx_atomic_t *用于指向实际的锁变量。 将 addr-lock 的地址即共享内存中锁变量的内存地址赋值给 mtx-lock。 此后mtx-lock 便成了访问共享锁的“桥梁”。2 设置自旋次数if(mtx-spin(ngx_uint_t)-1){returnNGX_OK;}mtx-spin2048;#1 检查 mtx-spin 是否为 -1 若为 -1函数直接返回 NGX_OK跳过后续所有初始化步骤 调用者预先将 spin 设置为 -1意味着不需要默认的自旋次数也不希望初始化信号量 #2 若不为 -1 则将 mtx-spin 设置为默认值 2048 并继续执行信号量初始化如果平台支持。3 初始化信号量#if(NGX_HAVE_POSIX_SEM)mtx-waitaddr-wait;if(sem_init(mtx-sem,1,0)-1){ngx_log_error(NGX_LOG_ALERT,ngx_cycle-log,ngx_errno,sem_init() failed);}else{mtx-semaphore1;}#endif#1 绑定等待计数器 wait 记录了当前有多少进程正在等待该锁即自旋失败后准备休眠的进程数 将 mtx-wait 指针指向共享内存中的 addr-wait 使得 mtx 能够读取/修改等待该锁的进程数。 #2 初始化信号量 调用 sem_init 创建一个进程间共享的、初始值为 0 的 POSIX 无名信号量。 参数 mtx-sem: 信号量对象的地址。 1: 含义: pshared (Process Shared)。 0: 线程间共享同一进程内的不同线程。 1: 进程间共享不同进程如 Nginx 的 Master 和 Worker或多个 Worker 之间。 意义: 这是 Nginx 多进程模型能正常工作的关键。 它告诉内核“这个信号量会被多个进程访问请放在共享内存中并设置正确的权限”。 0 (value 参数): 含义: 信号量的初始计数值。 为什么是 0: 信号量在这里不是锁本身而是条件变量。 锁本身是 addr-lock原子变量。 信号量用于“排队”。初始值为 0 表示“当前没有可用的唤醒信号”。 当进程调用 sem_wait 时因为值为 0进程会立即阻塞睡眠。 当锁持有者释放锁时调用 sem_post值变为 1唤醒一个等待者。 成功时设置 mtx-semaphore 1 标志表示信号量可用 失败则记录错误但锁仍能工作降级为纯自旋锁。 #3 mtx-semaphore 是 ngx_shmtx_t 结构体中的一个标志位 其核心含义是指示 POSIX 信号量是否已成功初始化并且可以用于进程间阻塞/唤醒。 它用于在加锁和解锁操作中决定是否启用信号量机制实现自旋与阻塞的混合锁策略。 #4 addr-lock 与 mtx-sem ? addr-lock 和 mtx-sem 分别解决了不同场景下的问题它们是互补关系 如果只有 addr-lock纯自旋锁 进程不断循环执行 CAS 指令检查锁状态。 如果锁被占用进程不会让出 CPU而是死循环占用 100% 的 CPU 时间片 有了 mtx-sem混合锁 先自旋用 addr-lock自旋失败后调用 sem_wait用 mtx-sem。 如果锁被占用且自旋无效进程主动进入内核睡眠状态。 释放 CPU: 睡眠的进程不占用 CPU操作系统可以把 CPU 分配给其他 Worker 进程包括那个持有锁的进程。 告诉操作系统“我在等别人”调度器会优先调度持有锁的进程加速锁的释放。 类比理解 想象你在等一个公共厕所共享资源 addr-lock (自旋): 你站在门口不停地敲门问“好了吗好了吗”。 如果里面的人马上出来你直接进去了最快。 如果里面的人在玩手机持有锁但不释放你一直敲门会累死CPU 100% 而且里面的人可能嫌烦更慢出来。 mtx-sem (信号量): 你敲了 2048 次门没人应你决定坐在旁边的椅子上等睡眠。 里面的人出来了按铃叫你sem_post。 你起来进去。 等待期间你可以休息不占 CPU里面的人也不会被打扰。 结论: 只有 addr-lock 就像永远站在门口敲门在并发高或系统忙时会把服务器“累死”CPU 100% Load。 只有 mtx-sem 就像每次都去椅子上坐着太慢了 如果敲2次门就可以呢那么不尝试敲门直接坐下再起身相比尝试敲2次门更慢 Nginx 两者都用先敲门自旋没人应再坐下睡眠这是性能与稳定性的最佳平衡。 只有 addr-lock 没有让进程休眠的功能 mtx-sem 才有让进程休眠的功能 addr-lock 只是一个原子变量 它本身不具备任何让进程休眠的能力 如果锁已被占用尝试加锁的进程会一直循环检查该变量的值自旋 直到它变为可用。这个过程完全在用户态进行不会让出 CPU因此称为“忙等”。 mtx-sem 是一个 POSIX 信号量 通过系统调用如 sem_wait可以使进程进入休眠状态 直到另一个进程调用 sem_post 唤醒它 先用 addr-lock 自旋: 因为大多数锁竞争时间很短自旋几下就拿到了避免了睡眠的系统调用开销性能最高。 后用 mtx-sem 睡眠: 如果自旋了 2048 次还没拿到说明竞争很激烈或者持有者卡住了。 此时继续自旋会浪费 CPU所以切换到 mtx-sem 让进程休眠把 CPU 让给别人。 sem_init 初始化信号量的初值为 0 是因为这个信号量的含义是是否有人释放了锁 信号量初始值设为 0 正是为了表示初始状态下没有“锁已被释放”的事件发生 等待的进程必须在此信号量上阻塞直到另一个进程释放锁并通过 sem_post 产生一个“唤醒令牌” 当进程释放锁时如果发现有进程在等待通过共享的 wait 计数器判断 它会调用 sem_post使得信号量的值增加 1从 0 变为 1这相当于产生了一个“锁已释放”的通知。 正在 sem_wait 上阻塞的进程会因此被唤醒信号量值再次变为 0然后该进程重新尝试获取锁。 因此信号量初值 0 确保了所有等待进程一开始都处于阻塞状态 只有收到释放锁的通知后才能被唤醒这正是实现进程间阻塞/唤醒机制的基础。4 返回成功returnNGX_OK;}