Nginx 구조 알아보기

 

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소개.

Nginx 는 대표적인 웹서버입니다.

웹서버란 HTML , 이미지 파일과 같은 웹 컨텐츠를 제공하는 서버를 의미하는데요.

Nginx 는 Apache 의 httpd, IIS 등과 같이 잘 알려진 웹서버입니다.

Nginx 는 Event-Driven 방식으로 다중 요청을 처리할 수 있는 웹서버로 유명합니다.

클라이언트의 동시간 다중 요청을 멀티 프로세스나 멀티 쓰레드 방식을 활용하여

물리력으로 해결하는 여타 웹서버와 다릅니다.

Nginx 는 Event Loop & Queue 를 활용하여 Event-Driven 방식으로 동원합니다.

 

이번 글에선 Nginx 의 구조와 네트워크 트래픽의 처리 방식에 대해서 자세히 알아보려고 합니다.
 

Master Process.

Nginx 는 Master Process 와 Client Process 로 구성됩니다.

Master Process 여타 분산 컴퓨팅 시스템의 Master Node 들처럼

Client Process 들을 케어하며 조율합니다.

Master Process 가 실질적인 Client 와 Connection 을 맺는 구성요소이구요.

Client 와의 TCP 커넥션을 책임집니다.

TCP Socket 프로그래밍에서 사용되는 System Call 과 관련지어 이야기하자면,

- Socket

- Bind

- Listen

단계를 책임집니다.

그 외의 Accept, Receive, Send 의 과정은 Worker Process 가 전담하는 구조이죠.

 

Master Process 는 nginx.conf 의 설정 정보를 토대로 전체 Nginx 구조를 세팅하구요.

Shared Memory IPC 기법을 통해서 설정 정보는 Worker Process 와 공유합니다.

그래서 요약하자면,

 

1. Master Process 는 80 또는 443 인 Http Port 을 리스닝하며 클라이언트와의 연결을 할 수 있습니다.

2. Master Process 는 Worker Process 를 관리합니다.

 

아래 코드 블록은 Worker Process 갯수 설정을 10개로 세팅한 Nginx 의 process list 입니다.

nginx.conf 의 worker_process : 10 으로 설정한 케이스입니다.

 

<처음 Process List>

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       70     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       72     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       74     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       76     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       78     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       79     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       81     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       83     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       84     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       86     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;

 

<Worker Process 2개를 Kill 한 이후, 새로운 Worker Process 가 추가된 상태 >

Process ID 가 81, 83 인 Worker Process 를 강제로 종료시킨 후,

Process ID 가 604, 606 인 Worker Process 들이 자동으로 되살아납니다.

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       70     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       72     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       74     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       76     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       79     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       83     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       84     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx       86     1  0 00:21 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
root        90     0  0 00:21 pts/0    00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /bin/bash /bin/bash
root       103     0  0 00:22 pts/1    00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /bin/sh /bin/sh
nginx      604     1  0 00:24 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;
nginx      606     1  0 00:24 ?        00:00:00 /usr/bin/qemu-x86_64 /usr/sbin/nginx nginx -g daemon off;

 

Shared Memory.

Shared Memory 는 IPC 의 한가지 기법으로

Nginx 의 Master Process 와 Worker Process 가 IPC 통신을 위해서 사용합니다.

Shared Memory 를 통해서 모든 Nginx Process 들은 Nginx 설정 정보를 공유합니다.

 

Shared Memory 는 Shared Memory Region 이라는 개별 저장공간들로 구성되는데요.

nginx.conf 에서 Shared Memory Region 의 Identifier 와 저장 공간의 크기를 설정할 수 있습니다.

 

<shm_name, shm_size 설정 예시>

shm_name my_nginx_shm;
shm_size 128m;

 

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Shared memory communication 알아보기

 

Worker Process.

Worker Process 는 클라이언트의 요청을 처리하는 실질적인 구성요소입니다.

nginx.conf 의 worker_processes Directive 를 통해서 Worker Process 의 갯수를 설정할 수 있습니다.

그리고 보통은 CPU Core 갯수와 동일하게 맞춥니다.

 

Worker Process 는 Event-Driven 방식으로 Task 처리를 위해서 Event Queue 와 Event Loop 를 사용합니다.

 

Event Queue.

클라이언트와 TCP Connection 이 맺어진 이후에,

Worker Process 는 클라이언트의 요청을 Event Queue 에 저장합니다.

 

Event Queue 는 Worker Process 가 처리해야하는 이벤트들의 모음입니다.

Queue 자료구조를 사용하기 때문에 FIFO (First In First Out) 의 순서로 작업이 처리됩니다.

이벤트는 곧 클라이언트가 Nginx 로 보내온 요청들인데요.

HTTP, TCP 요청이 이에 해당합니다.

 

Worker Process 는 Event-Loop 을 돌며, Event Queue 에 쌓인 이벤트들을 하나씩 처리합니다.

이때, 하나의 Worker Process 는 이벤트는 동기적으로 (Synchronously) 처리하게 되는데요.

Nginx 는 Single Thread, Multi Process 모델로 하나의 Worker Process 는 동기적으로 작업이 수행됩니다.

다만, Multi Process 구조를 취하는 점이 다른 웹서버와의 차이점입니다.

 

따라서 효율적인 요청 처리를 위해서 Core 수와 worker_process 의 수를 비슷하게 유지하는 것이 중요합니다.