近在学习Nginx(著名的高性能http服务器和反向代理服务器)的模块开发，在此分享nginx的限速实现核心代码。

Nginx的http核心模块ngx_http_core_module中提供limit_rate这个指令可以用于控制速度，limit_rate_after用于设置http请求传输多少字节后开始限速。
另外两个模块ngx_http_limit_conn_module和ngx_http_limit_req_module分别用于连接数和连接频率的控制。

限制速度的配置指令简单易懂，限速支持固定的数值


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1. location /flv/ {  
2.     limit_rate_after 500k;  
3.     limit_rate       50k;  
4. }


查看nginx源代码，可以发现ngx_http_write_filter_module.c源文件具体实现了速度的控制，nginx的特点是高度模块化，从名字可以看出这个文件其实也是一个filter模块（nginx中的模块分handler，filter，upstream等三类），这个模块属于filter类别。




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    1. static ngx_int_t  
2. ngx_http_write_filter_init(ngx_conf_t *cf)  
3. {  
4.     ngx_http_top_body_filter = ngx_http_write_filter;  
5.    
6. return NGX_OK;  
7. }



    模块挂载了一个函数在filter的顶端（经过编译链接后此模块即被“压”到filter“链表”的尾部），用于控制数据的输出，这个函数里面就包含了速度的控制。




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    1. if (r->limit_rate) {  
2.     limit = r->limit_rate * (ngx_time() - r->start_sec + 1)  
3.             - (c->sent - clcf->limit_rate_after);  
4.   
5. if (limit <= 0) {  
6.         c->write->delayed = 1;  
7.         ngx_add_timer(c->write,  
8.                       (ngx_msec_t) (- limit * 1000 / r->limit_rate + 1));  
9.   
10.         c->buffered |= NGX_HTTP_WRITE_BUFFERED;  
11.   
12. return NGX_AGAIN;  
13.     }  
14.   
15. if (clcf->sendfile_max_chunk  
16.         && (off_t) clcf->sendfile_max_chunk < limit)  
17.     {  
18.         limit = clcf->sendfile_max_chunk;  
19.     }  
20.   
21. }


    上面代码的逻辑是：如果配置文件设置了限速（limit_rate是速度值，size_t类型，0表示不限速）

    1. 当c->sent<clcf->limit_rate_after时，说明还没有到需要限速的阈值，计算limit值大于0（下一次应该传输位置偏移量），不必限速
    2. 当c->sent>clcf->limit_rate_after时，需要控制限速，分两种情况：
    • r->limit_rate * (ngx_time() – r->start_sec + 1)>(c->sent – clcf->limit_rate_after)      理论传输量>实际传输量，不必控制（传得慢了）
    • r->limit_rate * (ngx_time() – r->start_sec + 1)<(c->sent – clcf->limit_rate_after)      理论传输量<实际传输量，需要设置延时（传得快了）

        chain = c->send_chain(c, r->out, limit);


    通过上面的c->send_chain函数异步发送数据，nginx在处理完上面send_chain函数后做了延时的微调，倘若进行到下面的程序之前异步IO使得c->sent增加了，则按照增加量添加延时时间delay，因为一般情况这段时间c->sent应该不会来得及改变的。所以如果异步IO改变了数据传输量，也应该及时做速度限制的调整，看得出来nginx对这些细节上的处理非常仔细啊，保证一个准确度。


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    1. if (r->limit_rate) {  
2.   
3.     nsent = c->sent;  
4.   
5. if (clcf->limit_rate_after) {  
6.   
7.         sent -= clcf->limit_rate_after;  
8. if (sent < 0) {  
9.             sent = 0;  
10.         }  
11.   
12.         nsent -= clcf->limit_rate_after;  
13. if (nsent < 0) {  
14.             nsent = 0;  
15.         }  
16.     }  
17.   
18.     delay = (ngx_msec_t) ((nsent - sent) * 1000 / r->limit_rate);  
19.   
20. if (delay > 0) {  
21.         limit = 0;  
22.         c->write->delayed = 1;  
23.         ngx_add_timer(c->write, delay);  
24.     }  
25. }

    接下来nginx还做了点延时的微调，不过这个是涉及到sendfile_max_chunk指令，而不是limit_rate指令的，所以不做分析。




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      1. if (limit  
2.     && c->write->ready  
3.     && c->sent - sent >= limit - (off_t) (2 * ngx_pagesize))  
4. {  
5.     c->write->delayed = 1;  
6.     ngx_add_timer(c->write, 1);  
7. }


      总之，可以看出nginx是通过使用ngx_add_timer函数实现对write event的控制，进而实现速度上限的控制。

      题外话：nginx对于速度的限制不止是通过limit_rate设置阈值，在upstream模块中通过获取上游服务器返回的响应头headers[“X-Accel-Limit-Rate”]的值也可来动态调整limit_rate的具体数值，这个可以用来实现变化的速度控制。