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;
复制代码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")];
复制代码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。
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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
}
复制代码而真正调用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 */
}
复制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 */
作者：NOWHERE50622
链接：
https://juejin.cn/post/6844903729188044813
来源：掘金
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