一、背景

在服務器開發過程中，難免需要重啟服務加載新的代碼或配置，如果能夠保證server重啟的過程中服務不間斷，那重啟對于業務的影響可以降為0。最近調研了一下nginx平滑重啟，覺得很有意思，記錄下來供有興趣的同學查閱。

二、重啟流程

•  重啟意味著新舊接替，在交接任務的過程中勢必會存在新舊server并存的情形，因此，重啟的流程大致為：

• 啟動新的server

• 新舊server并存，兩者共同處理請求，提供服務

• 舊的server處理完所有的請求之后優雅退出

• 這里，最主要的問題在于如何保證新舊server可以并存，如果重啟前后的server端口一致，如何保證兩者可以監聽同一端口。

 三、nginx實現

為了驗證nginx平滑重啟，筆者首先嘗試nginx啟動的情形下再次開啟一個新的server實例，結果如圖：

很明顯，重新開啟server實例是行不通的，原因在于新舊server使用了同一個端口80，在未開始socket reuseport選項復用端口時，bind系統調用會出錯。nginx默認bind重試5次，失敗后直接退出。而nginx需要監聽IPV4地址0.0.0.0和IPV6地址[::]，故圖中打印出10條emerg日志。

接下來就開始嘗試平滑重啟命令了，一共兩條命令：

kill -USR2 `cat /var/run/nginx.pid`
kill -QUIT `cat /var/run/nginx.pid.oldbin`

第一條命令是發送信號USR2給舊的master進程，進程的pid存放在/var/run/nginx.pid文件中，其中nginx.pid文件路徑由nginx.conf配置。

第二條命令是發送信號QUIT給舊的master進程，進程的pid存放在/var/run/nginx.pid.oldbin文件中，隨后舊的master進程退出。

那么問題來了，為什么舊的master進程的pid存在于兩個pid文件之中？事實上，在發送信號USR2給舊的master進程之后，舊的master進程將pid重命名，原先的nginx.pid文件rename成nginx.pid.oldbin。這樣新的master進行就可以使用nginx.pid這個文件名了。

先執行第一條命令，結果如圖：

不錯，新舊master和worker進程并存了。 再來第二條命令，結果如圖:

如你所見，舊的master進程8527和其worker進程全部退出，只剩下新的master進程12740。

不由得產生困惑，為什么手動開啟一個新的實例行不通，使用信號重啟就可以達到。先看下nginx log文件：

除了之前的錯誤日志，還多了一條notice，意思就是繼承了sockets，fd值為6，7。 隨著日志翻看nginx源碼，定位到nginx.c/ngx_exec_new_binary函數之中，

ngx_pid_t
ngx_exec_new_binary(ngx_cycle_t *cycle, char *const *argv)
{
  ...
  ctx.path = argv[0];
  ctx.name = "new binary process";
  ctx.argv = argv;
  n = 2;
  env = ngx_set_environment(cycle, &n);
...
  var = ngx_alloc(sizeof(NGINX_VAR)
          + cycle->listening.nelts * (NGX_INT32_LEN + 1) + 2,
          cycle->log);
...
  p = ngx_cpymem(var, NGINX_VAR "=", sizeof(NGINX_VAR));
  ls = cycle->listening.elts;
  for (i = 0; i < cycle->listening.nelts; i++) {
    p = ngx_sprintf(p, "%ud;", ls[i].fd);
  }
  *p = '\0';
  env[n++] = var;
...
  env[n] = NULL;
...
  ctx.envp = (char *const *) env;
  ccf = (ngx_core_conf_t *) ngx_get_conf(cycle->conf_ctx, ngx_core_module);
  if (ngx_rename_file(ccf->pid.data, ccf->oldpid.data) == NGX_FILE_ERROR) {
    ...
    return NGX_INVALID_PID;
  }
  pid = ngx_execute(cycle, &ctx);
  if (pid == NGX_INVALID_PID) {
    if (ngx_rename_file(ccf->oldpid.data, ccf->pid.data)
      == NGX_FILE_ERROR)
    {
      ...
    }
  }
...
  return pid;
}

函數的流程為

1.  將舊的master進程監聽的所有fd，拷貝至新master進程的env環境變量NGINX_VAR。

2. rename重命名pid文件

3. ngx_execute函數fork子進程，execve執行命令行啟動新的server。

4. 在server啟動流程之中，涉及到環境變量NGINX_VAR的解析，ngx_connection.c/ngx_add_inherited_sockets具體代碼為:

static ngx_int_t
ngx_add_inherited_sockets(ngx_cycle_t *cycle)
{
...
  inherited = (u_char *) getenv(NGINX_VAR);
  if (inherited == NULL) {
    return NGX_OK;
  }
  if (ngx_array_init(&cycle->listening, cycle->pool, 10,
            sizeof(ngx_listening_t))
    != NGX_OK)
  {
    return NGX_ERROR;
  }
  for (p = inherited, v = p; *p; p++) {
    if (*p == ':' || *p == ';') {
      s = ngx_atoi(v, p - v);
      ...
      v = p + 1;
      ls = ngx_array_push(&cycle->listening);
      if (ls == NULL) {
        return NGX_ERROR;
      }
      ngx_memzero(ls, sizeof(ngx_listening_t));
      ls->fd = (ngx_socket_t) s;
    }
  }
  ...
  ngx_inherited = 1;
  return ngx_set_inherited_sockets(cycle);
}

函數流程為：

解析環境變量NGINX_VAR的值，獲取fd存入數組

fd對應的socket設為ngx_inherited，保存這些socket的信息。

也就是說，新的server壓根就沒重新bind端口listen，這些fd狀態和值都是新的master進程fork時帶過來的,新的master進程監聽處理繼承來的文件描述符即可，這里比較關鍵的一點在于listen socket文件描述符通過ENV傳遞。