Apache：性能与稳定性

    在Inte.net中的Web服务器领域内，Apache占有无可争议的领先地位。根据Netcraft （ ） 的调查，有60%的Web服务器是使用的Apache，当然由于这个统计是基于域名进行的，由于Apache的强大功能，很多ISP使用它来提供服务，因此如果基于IP地址来计算服务器数量，那么这个占有率会低一些，当然这不会改变Apache在Web领域的领先地位。

    然而，由于Apache服务器为一种自由软件，它的性能及稳定性问题一直受到质疑。由于Apache服务器支撑着半数的Internet，对它的稳定性任何人都无法提出异议，然而，性能问题则就不那么明显可以看出来的了。因为一个网站可以拥有多个Web服务器，通过负载均衡的方式来在这多个服务器之间分担负载，那么不同的服务器之间的性能差异，只要不是太明显，是不容易看出的，因此就需要使用测试软件对它们的性能进行评测。其中与微软关系密切的Mindcraft（）去年发布的对Apache和IIS的评测，结果表明，在基本的提供静态网页方面，IIS的性能是Apache的3.7倍，而另一个德国网站（）使用另一个测试软件进行的评测，却得到Apache的性能要超过IIS的结论。为什么Apache服务器在不同的评测中会得到不同的结果呢？我们必须讨论一下Web服务器的实现机理。

服务器提供服务的方式

    网络服务器由于要同时为多个客户提供服务，就必须使用某种方式来支持这种多任务的服务方式。一般情况下可以有三种方式来选择，多进程方式、多线程方式及异步方式。其中，多进程方式中服务器对一个客户要使用一个进程来提供服务，由于在操作系统中，生成一个进程需要进程内存复制等额外的开销，这样在客户较多时的性能就会降低。为了克服这种生成进程的额外开销，可以使用多线程方式或异步方式。在多线程方式中，使用进程中的多个线程提供服务，由于线程的开销较小，性能就会提高。事实上，不需要任何额外开销的方式还是异步方式，它使用非阻塞的方式与每个客户通信，服务器使用一个进程进行轮询就行了。

    虽然异步方式最为高效，但它也有自己的缺点。因为异步方式下，多个任务之间的调度是由服务器程序自身来完成的，而且一旦一个地方出现问题则整个服务器就会出现问题。因此，向这种服务器增加功能，一方面要遵从该服务器自身特定的任务调度方式，另一方面要确保代码中没有错误存在，这就限制了服务器的功能，使得异步方式的Web服务器的效率最高，但功能简单。例如Unix平台上的thttpd就是这样的一种服务器，然而由于它提供的功能少，只能是满足少部分人的需要。即便如此，thttpd每隔一段时间还会出现一些问题，幸运的是，它出问题时从不是进入死循环，而是被操作系统杀死，这样就可以使用一个shell循环立即重启动thttpd，从而基本不影响Web服务。

    由于多线程方式使用线程进行任务调度，这样服务器的开发由于遵从标准，从而变得简单并有利于多人协作。然而多个线程位于同一个进程内，可以访问同样的内存空间，因此存在线程之间的影响，并且申请的内存必须确保申请和释放。对于服务器系统来讲，由于它要数天、数月甚至数年连续不停的运转，一点点错误就会逐渐积累而最终导致影响服务器的正常运转，因此很难编写一个高稳定性的多线程服务器程序。微软的IIS就是使用的多线程方式，由于微软聚集了相当多优秀程序员，所以IIS基本上还是值得信赖的，当然我也遇到过很多系统管理员，他们根据经验定期启动所管理的NT服务器，以预防不可预料的Web服务停止现象。

    多进程方式的优势就在于稳定性，因为一个进程退出的时候，操作系统会回收其占用的资源，从而使它不会留下任何垃圾。即便程序中出现错误，由于进程是相互隔离的，那么这个错误不会积累起来，而是随着这个进程的退出而得到清除。

预生成进程方式的性能

    由于Apache是采用的多进程方式提供服务，为了提高性能，Apache采用了一种特别的方式，即预生成进程模型。分析多进程方式比其他两种方式开销大的主要原因，是对每一次客户请求，都要生成一个子进程以便进行处理，因此为了避免这种开销，可以使用预先生成的进程来提供服务，并且每个进程在提供一次服务之后也不会立即退出，而是仍然保留在系统中，等待下一次请求。

    这里就可以看出，在理想情况下，预先生成的多个进程可以全速回应相应数量的浏览器客户请求，而没有额外的性能开销，因此就完全可以和线程或异步方式相媲美。然而在实际运行当中，由于预先生成的进程毕竟要占用系统资源，如系统内存和CPU处理能力，这样如果预先生成的进程超过需要，性能反而会降低。因此Apache就采用了这样的一种策略，在系统中保持一定的空闲进程，当空闲进程较少时就自动生成，当空闲进程较多时就让一些进程退出。

    由于Apache采用这样的预生成进程模型，就导致预先要生成多少进程、保留多少空闲进程、一个进程提供多少次服务等等成为与性能密切相关的问题，然而，这些设置都是与具体条件密切相关的。例如，越多的进程需要占用越多的内存，所分得的CPU处理时间就越少，因此系统的物理内存和CPU处理能力就决定了进程的最大数量。而Apache提供的基本配置是为了适应大多数情况，在客户请求较少时也不占用过多资源，因此并不是最高性能的设置。而大多数Web服务器测试的条件下，服务器的内存、CPU处理能力都不是问题，甚至内存大到足以将所有要访问的文档都可以放在系统缓冲中，因而无须考虑磁盘处理能力，这种情况和实际应用完全不同。因此，SGI的一位开发者通过调整设置，并使用他自己对Apache代码的一些改动，在同一个SGI Origin 200服务器上使用SPECweb96进行测试，调整后的服务器可以比原始设置提高10倍的速度（），当然这是针对SPECweb96这个测试程序进行的调整，在实际使用中不可能会有这样巨大的差别。这至少从侧面说明了测试结果并不是绝对的。

    此外，Apache的另一个特点是它的功能特别丰富，而每种功能通常就需要进行特别的处理，这会影响Apache的性能，然而对于具体的情况，却不是每种特性都是必要的，因此可以通过减少这些功能来增加性能。此外，操作系统的调整对于增强Apache的性能也是非常重要的。如何根据服务器的实际情况调整操作系统以及Apache的参数，这些内容在Apache的文档中都有非常详细的描述。这些文档包含在每个Apache安装文件中，也可以直接从它的主页得到（）。

Apache 2.0展望

    虽然Apache服务器使用预生成进程的方式提高了服务器的性能，然而，进程方式本身的不足仍然存在，随着访问数量的增多，进程方式比其他两种方式需要消耗更多的内存和CPU处理能力，这就限制了单台计算机提供更大负载的能力。如果在低端计算机上想服务更多的请求的话，使用异步方式的thttpd更为适合。例如，一台512MB内存双CPU的Linux服务器提供1000个并发访问时，其负载就会变得相当高，常常会由于内存用光而无法运行程序，这种情况是由于Linux重视物理内存，不重视交换空间的原因，如果使用同样配置的FreeBSD作操作系统，情况会有所改变，然而此时由于需要进行内存交换，就无法达到最优性能了。

    因此，这些情况下为了支持更改的负载，完全采用进程方式就不太合适了，而应该利用线程节约资源的优点。

    然而，在即将到来的Apache 2.0中，一切都会变得更完美，Apache 2.0将充分考虑到进程带来的稳定性特征，以及线程带来高效率的特点。它会预生成多个进程，而每个进程中使用多个线程提供Web服务。由于存在多个进程，即使一个进程死了也不会影响整个Web服务。对于不支持进程的操作系统，如Windows，那么就使用多个线程提供服务，反之也是一样。然而，只有同时支持线程和进程的操作系统，才能充分利用Apache 2.0带来的稳定性和高负载能力。

    事实上当前的Apache并不是与线程无关，Windows版本的Apache是使用线程的，但按照Apache文档的说法，Windows版本的Apache性能并不好，主要原因是它在移植过程中是使用的Windows的POSIX子系统，而Windows本身的有些特性效率更高。而在Apache 2.0中，使用了APR（Apache Portable Run-time）特性，这种特性对不同的操作系统提供了一个抽象层，以便Apache能利用Windows的一些非POSIX的特性。

    Apache 2.0将是对现在的Apache 1.3版本的一个飞跃，然而，当前它仍然处于Alpha状态，可以预期，当Apache 2.0正式推出之后，将有更多的用户接受它。

原文转自：http://www.ltesting.net