adj 2007-11-30 13:17
Apache 2.0 性能優化
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Apache 2.0性能優化
————MPM的選擇與配置
作者：◇ 邢飛 甄廣啟 本文選自：開放系統世界 2003年05月27日
談到Apache，大多數系統管理員對其穩定版1.3印象頗深。雖然Apache 2.0的系列開發版早已由Alpha、Beta發展到現在的GA（General Availability）版，但是一些人潛意識裡還認為開發版並非可用於生產環境的穩定版本。尤其是1.3版的API與2.0版不兼容，使得大量模塊必須要重寫才能在2.0版上使用。Apache 1.3和2.0之間的內部變化的確較大，用Apache創始人Brian Behlendorf自己的話來說：「這個版本包括了數百個新的特性，所以這個產品應該具有3.1或8i這樣的產品編號，而不是2.0。」Apache 2.0中加入了很多的核心改進和新功能，如Unix線程、多協議支持、新的構建系統、對非Unix平台的更佳支持、IPv6支持、新的Apache API、過濾器、多語言錯誤響應、原生的Windows NT Unicode支持、更簡單化的配置，以及升級的正則表達式庫等。它當然還包括對許多模塊的重要改進，同時也加入了一些新的模塊。
為了使Apache更加平滑地從1.3版升級到2.0版，Apache開發團隊做了很多工作。目前很多重要的模塊已經可以很好地支持2.0版，如PHP、FastCGI、Mod_perl、Mod_python等。在httpd.conf的指令配置語法上，目前的2.0版（2.0.45）與1.3版的兼容性已做得相當好。比如，以前的2.0版如果要使用PHP，一般用過濾器實現；現在的PHP官方文檔中已經使用1.3版中的LoadModule語句做為加載PHP的推薦方式。只要略微瞭解一下Apache 2.0的新特性，從1.3版升級到2.0版將是一件非常容易的事情。使用Apache 2.0是大勢所趨，因為Apache的開發團隊已經把開發重心轉移到2.0版上。1.3版自2002年10月發佈了1.3.27後一直沒有新版本推出，而2.0版在與1.3.27同時發佈2.0.43後，在今年1月發佈了2.0.44，並於今年3月末發佈了2.0.45，並包含了很多改進和修正。
MPM的引入帶來性能改善
Apache 2.0在性能上的改善最吸引人。在支持POSIX線程的Unix系統上，Apache可以通過不同的MPM運行在一種多進程與多線程相混合的模式下，增強部分配置的可擴充性能。相比於Apache 1.3，2.0版本做了大量的優化來提升處理能力和可伸縮性，並且大多數改進在默認狀態下即可生效。但是在編譯和運行時刻，2.0也有許多可以顯著提高性能的選擇。本文不想敘述那些以功能換取速度的指令，如HostnameLookups等，而只是說明在2.0中影響性能的最核心特性：MPM（Multi-Processing Modules，多道處理模塊）的基本工作原理和配置指令。
毫不誇張地說，MPM的引入是Apache 2.0最重要的變化。大家知道，Apache是基於模塊化的設計，而Apache 2.0更擴展了模塊化設計到Web服務器的最基本功能。服務器裝載了一種多道處理模塊，負責綁定本機網絡端口、接受請求，並調度子進程來處理請求。擴展模塊化設計有兩個重要好處：
◆ Apache可以更簡潔、有效地支持多種操作系統；
◆ 服務器可以按站點的特殊需要進行自定制。
在用戶級，MPM看起來和其它Apache模塊非常類似。主要區別是在任意時刻只能有一種MPM被裝載到服務器中。
指定MPM的方法
下面以Red Hat Linux 9為平台，說明在Apache 2.0中如何指定MPM (Apache採用2.0.45)。先解壓縮源代碼包httpd-2.0.45.tar.gz，生成httpd-2.0.45目錄（Apache 1.3源代碼包的命名規則是apache_1.3.NN.tar.gz，而2.0版則是httpd-2.0.NN.tar.gz，其中NN是次版本號）。
進入httpd-2.0.45目錄，運行以下代碼：
$ ./configure --help|grep mpm
顯示如下：
--with-mpm=MPM
Choose the process model for Apache to use.
MPM={beos|worker|prefork|mpmt_os2| perchild|leader|threadpool}
上述操作用來選擇要使用的進程模型，即哪種MPM模塊。Beos、mpmt_os2分別是BeOS和OS/2上缺省的MPM，perchild主要設計目的是以不同的用戶和組的身份來運行不同的子進程。這在運行多個需要CGI的虛擬主機時特別有用，會比1.3版中的SuExec機制做得更好。leader和threadpool都是基於worker的變體，還處於實驗性階段，某些情況下並不會按照預期設想的那樣工作，所以Apache官方也並不推薦使用。因此，我們主要闡述prefork和worker這兩種和性能關係最大的產品級MPM ( 有關其它的MPM詳細說明，請參見Apache官方文檔：[url=http://httpd.apache.org/docs-2.0/mod/]http://httpd.apache.org/docs-2.0/mod/[/url])。
prefork的工作原理及配置
如果不用「--with-mpm」顯式指定某種MPM，prefork就是Unix平台上缺省的MPM。它所採用的預派生子進程方式也是Apache 1.3中採用的模式。prefork本身並沒有使用到線程，2.0版使用它是為了與1.3版保持兼容性；另一方面，prefork用單獨的子進程來處理不同的請求，進程之間是彼此獨立的，這也使其成為最穩定的MPM之一。
若使用prefork，在make編譯和make install安裝後，使用「httpd -l」來確定當前使用的MPM，應該會看到prefork.c（如果看到worker.c說明使用的是worker MPM，依此類推）。再查看缺省生成的httpd.conf配置文件，裡面包含如下配置段：
<IfModule prefork.c>
StartServers 5
MinSpareServers 5
MaxSpareServers 10
MaxClients 150
MaxRequestsPerChild 0
</IfModule>
prefork的工作原理是，控制進程在最初建立「StartServers」個子進程後，為了滿足MinSpareServers設置的需要創建一個進程，等待一秒鐘，繼續創建兩個，再等待一秒鐘，繼續創建四個……如此按指數級增加創建的進程數，最多達到每秒32個，直到滿足MinSpareServers設置的值為止。這就是預派生（prefork）的由來。這種模式可以不必在請求到來時再產生新的進程，從而減小了系統開銷以增加性能。
MaxSpareServers設置了最大的空閒進程數，如果空閒進程數大於這個值，Apache會自動kill掉一些多餘進程。這個值不要設得過大，但如果設的值比MinSpareServers小，Apache會自動把其調整為MinSpareServers+1。如果站點負載較大，可考慮同時加大MinSpareServers和MaxSpareServers。
MaxRequestsPerChild設置的是每個子進程可處理的請求數。每個子進程在處理了「MaxRequestsPerChild」個請求後將自動銷毀。0意味著無限，即子進程永不銷毀。雖然缺省設為0可以使每個子進程處理更多的請求，但如果設成非零值也有兩點重要的好處：
◆ 可防止意外的內存洩漏；
◆ 在服務器負載下降的時侯會自動減少子進程數。
因此，可根據服務器的負載來調整這個值。筆者認為10000左右比較合適。
MaxClients是這些指令中最為重要的一個，設定的是Apache可以同時處理的請求，是對Apache性能影響最大的參數。其缺省值150是遠遠不夠的，如果請求總數已達到這個值（可通過ps -ef|grep http|wc -l來確認），那麼後面的請求就要排隊，直到某個已處理請求完畢。這就是系統資源還剩下很多而HTTP訪問卻很慢的主要原因。系統管理員可以根據硬件配置和負載情況來動態調整這個值。雖然理論上這個值越大，可以處理的請求就越多，但Apache默認的限制不能大於256。如果把這個值設為大於256，那麼Apache將無法起動。事實上，256對於負載稍重的站點也是不夠的。在Apache 1.3中，這是個硬限制。如果要加大這個值，必須在「configure」前手工修改的源代碼樹下的src/include/httpd.h中查找256，就會發現「#define HARD_SERVER_LIMIT 256」這行。把256改為要增大的值（如4000），然後重新編譯Apache即可。在Apache 2.0中新加入了ServerLimit指令，使得無須重編譯Apache就可以加大MaxClients。下面是筆者的prefork配置段：
<IfModule prefork.c>
StartServers 10
MinSpareServers 10
MaxSpareServers 15
ServerLimit 2000
MaxClients 1000
MaxRequestsPerChild 10000
</IfModule>
上述配置中，ServerLimit的最大值是20000，對於大多數站點已經足夠。如果一定要再加大這個數值，對位於源代碼樹下server/mpm/prefork/prefork.c中以下兩行做相應修改即可：
#define DEFAULT_SERVER_LIMIT 256
#define MAX_SERVER_LIMIT 20000
worker的工作原理及配置
相對於prefork，worker是2.0 版中全新的支持多線程和多進程混合模型的MPM。由於使用線程來處理，所以可以處理相對海量的請求，而系統資源的開銷要小於基於進程的服務器。但是，worker也使用了多進程，每個進程又生成多個線程，以獲得基於進程服務器的穩定性。這種MPM的工作方式將是Apache 2.0的發展趨勢。
在configure -with-mpm=worker後，進行make編譯、make install安裝。在缺省生成的httpd.conf中有以下配置段：
<IfModule worker.c>
StartServers 2
MaxClients 150
MinSpareThreads 25
MaxSpareThreads 75
ThreadsPerChild 25
MaxRequestsPerChild 0
</IfModule>
worker的工作原理是，由主控制進程生成「StartServers」個子進程，每個子進程中包含固定的ThreadsPerChild線程數，各個線程獨立地處理請求。同樣，為了不在請求到來時再生成線程，MinSpareThreads和MaxSpareThreads設置了最少和最多的空閒線程數；而MaxClients設置了所有子進程中的線程總數。如果現有子進程中的線程總數不能滿足負載，控制進程將派生新的子進程。
MinSpareThreads和MaxSpareThreads的最大缺省值分別是75和250。這兩個參數對Apache的性能影響並不大，可以按照實際情況相應調節。
ThreadsPerChild是worker MPM中與性能相關最密切的指令。ThreadsPerChild的最大缺省值是64，如果負載較大，64也是不夠的。這時要顯式使用ThreadLimit指令，它的最大缺省值是20000。上述兩個值位於源碼樹server/mpm/worker/worker.c中的以下兩行：
#define DEFAULT_THREAD_LIMIT 64
#define MAX_THREAD_LIMIT 20000
這兩行對應著ThreadsPerChild和ThreadLimit的限制數。最好在configure之前就把64改成所希望的值。注意，不要把這兩個值設得太高，超過系統的處理能力，從而因Apache不起動使系統很不穩定。
Worker模式下所能同時處理的請求總數是由子進程總數乘以ThreadsPerChild值決定的，應該大於等於MaxClients。如果負載很大，現有的子進程數不能滿足時，控制進程會派生新的子進程。默認最大的子進程總數是16，加大時也需要顯式聲明ServerLimit（最大值是20000）。這兩個值位於源碼樹server/mpm/worker/worker.c中的以下兩行：
#define DEFAULT_SERVER_LIMIT 16
#define MAX_SERVER_LIMIT 20000
需要注意的是，如果顯式聲明了ServerLimit，那麼它乘以ThreadsPerChild的值必須大於等於MaxClients，而且MaxClients必須是ThreadsPerChild的整數倍，否則Apache將會自動調節到一個相應值（可能是個非期望值）。下面是筆者的worker配置段：
<IfModule worker.c>
StartServers 3
MaxClients 2000
ServerLimit 25
MinSpareThreads 50
MaxSpareThreads 200
ThreadLimit 200
ThreadsPerChild 100
MaxRequestsPerChild 0
</IfModule>
通過上面的敘述，可以瞭解到Apache 2.0中prefork和worker這兩個重要MPM的工作原理，並可根據實際情況來配置Apache相關的核心參數，以獲得最大的性能和穩定性。
（出處：[url=http://tech.ccidnet.com/pub/article/c737_a47607_p1.html]http://tech.ccidnet.com/pub/article/c737_a47607_p1.html[/url]）