Apache运行机制剖析

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-05-20 08:15 249阅读 0赞

1,B/S交互过程

浏览器(Browser)和服务器(Web Server)的交互过程：

1)  浏览器向服务器发出HTTP请求(Request)。

2) 服务器收到浏览器的请求数据，经过分析处理，向浏览器输出响应数据（Response）。

3) 浏览器收到服务器的响应数据，经过分析处理，将最终结果显示在浏览器中。

2,Apache概述

Apache是目前世界上使用最为广泛的一种Web Server，它以跨平台、高效和稳定而闻名。按照去年官方统计的数据，Apache服务器的装机量占该市场60%以上的份额。尤其是在 X（Unix/Linux）平台上，Apache是最常见的选择。其它的Web Server产品，比如IIS，只能运行在Windows平台上，是基于微软.Net架构技术的不二选择。

Apache并不是没有缺点，它最为诟病的一点就是变得越来越重，被普遍认为是重量级的 WebServer。所以，近年来又涌现出了很多轻量级的替代产品，比如lighttpd,nginx等等，这些WebServer的优点是运行效率很 高，但缺点也很明显，成熟度往往要低于Apache，通常只能用于某些特定场合.

延伸：

“重量级”和“轻量级”的概念

Apache主要采用的是基于进程的Prefork模式（还有基于线程的Worker模式），也就是，对于每个请求会用一个进程去进行服务，进程非常占资源 ，当并发量大的时候，就需要等额的进程，导致的是高内存占用和CPU占用 ，这就是所谓的“重量级”。

而Lighty和Nginx则是基于Reactor模式（可以查阅相关论文）的服务器，其原理是当链接的状态发生改变的时候，呼叫事件分发器来处理链接变化；由于http请求大部分时间都是在等待，所以只需要一个进程就可以同时处理大量链接。这就是所谓的“轻量级”

3. Apache组件逻辑图

Apache是基于模块化设计的，总体上看起来代码的可读性高于php的代码，它的核心代码 并不多，大多数的功能都被分散到各个模块中，各个模块在系统启动的时候按需载入。你如果想要阅读Apache的源代码，建议你直接从main.c文件读 起，系统最主要的处理逻辑都包含在里面。MPM（Multi -Processing Modules，多重处理模块）是Apache的核心组件之 一，Apache通过MPM来使用操作系统的资源，对进程和线程池进行管理。Apache为了能够获得最好的运行性能，针对不同的平台 (Unix/Linux、Window)做了优化，为不同的平台提供了不同的MPM，用户可以根据实际情况进行选择，其中最常使用的MPM有 prefork和worker两种。至于您的服务器正以哪种方式运行，取决于安装Apache过程中指定的MPM编译参数,在X系统上默认的编译参数为 prefork。由于大多数的Unix都不支持真正的线程，所以采用了预派生子进程(prefork)方式，象Windows或者Solaris这些支持 线程的平台，基于多进程多线程混合的worker模式是一种不错的选择。对此感兴趣的同学可以阅读有关资料，此处不再多讲。Apache中还有一个重要的 组件就是APR（Apache portable Runtime Library），即Apache可移植运行库，它是一个对操作系统调用的抽象库，用来实现Apache内部组件对操作系统的使用，提高系统的可移植性。 Apache对于php的解析，就是通过众多Module中的php Module来完成的。

4. Apache的生命周期

这一节的内容会与php模块的载入有关，您可以略微关注一下。以下是Apache的生命周期（prefork模式）示意图

5. Apache的两种工作模式

Apache服务的两种工作模式：prefork和worker

1）工作原理：

一个单独的控制进程(父进程)负责产生子进程，这些子进程用于监听请求并作出应答。Apache总是试图保持一些备用的 (spare)或是空闲的子进程用于迎接即将到来的请求。这样客户端就无需在得到服务前等候子进程的产生。在Unix系统中，父进程通常以root身份运行以便邦定80端口，而 Apache产生的子进程通常以一个低特权的用户运行。User和Group指令用于配置子进程的低特权用户。运行子进程的用户必须要对他所服务的内容有读取的权限，但是对服务内容之外的其他资源必须拥有尽可能少的权限。

2)  配置说明：

如果不用“--with-mpm”显式指定某种MPM，prefork就是Unix平台上缺省的MPM。它所采用的预派生子进程方式也是Apache 1.3中采用的模式。prefork本身并没有使用到线程，2.0版使用它是为了与1.3版保持兼容性；另一方面，prefork用单独的子进程来处理不同的请求，进程之间是彼此独立的，这也使其成为最稳定的MPM之一。

若使用prefork，在make编译和make install安装后，使用“httpd -l”来确定当前使用的MPM，应该会看到prefork.c（如果看到worker.c说明使用的是worker MPM，依此类推）。再查看缺省生成的httpd.conf配置文件，里面包含如下配置段：

<IfModule prefork.c>  
    StartServers 5  
    MinSpareServers 5  
    MaxSpareServers 10  
    MaxClients 150  
    MaxRequestsPerChild 0  
    </IfModule>

prefork的具体工作原理是,控制进程在最初建立“StartServers”个子进程后，为了满足MinSpareServers设置的需要创建一个进程，等待一秒钟，继续创建两个，再等待一秒钟，继续创建四个……如此按指数级增加创建的进程数，最多达到每秒32个，直到满足MinSpareServers设置的值为止。这就是预派生（prefork）的由来。这种模式可以不必在请求到来时再产生新的进程，从而减小了系统开销以增加性能。

当并发量请求数到达MaxClients（如256）时，而空闲进程只有10个。apache为继续增加创建进程。直到进程数到达256个。

当并发量高峰期过去了，并发请求数可能只有一个时，apache逐渐删除进程，直到进程数到达MaxSpareServers为止。

StartServers:指定服务器启动时建立的子进程数量，prefork默认为5。

MinSpareServers :指定空闲子进程的最小数量，默认为5。假如当前空闲子进程数少于MinSpareServers ，那么Apache将以最大每秒一个的速度产生新的子进程。此参数不要设的太大。

MaxSpareServers：设置了最大的空闲进程数，默认为10。如果空闲进程数大于这个值，Apache父进程会自动kill掉一些多余子进程。这个值不要设得过大，但如果设的值比MinSpareServers小，Apache会自动把其调整为MinSpareServers+1。如果站点负载较大，可考虑同时加大MinSpareServers和MaxSpareServers。

MaxRequestsPerChild：设置的是每个子进程可处理的请求数。每个子进程在处理了“MaxRequestsPerChild”个请求后将自动销毁。0意味着无限，即子进程永不销毁。虽然缺省设为0可以使每个子进程处理更多的请求，但如果设成非零值也有两点重要的好处：

◆ 可防止意外的内存泄漏；

◆ 在服务器负载下降的时侯会自动减少子进程数。

因此，可根据服务器的负载来调整这个值。个人认为10000左右比较合适。

MaxClients：是这些指令中最为重要的一个，设定的是Apache可以同时处理的请求，是对Apache性能影响最大的参数。

其缺省值150是远远不够的，如果请求总数已达到这个值（可通过ps -ef|grep http|wc -l来确认），那么后面的请求就要排队，直到某个已处理请求完毕。这就是系统资源还剩下很多而HTTP访问却很慢的主要原因。系统管理员可以根据硬件配置和负载情况来动态调整这个值。

虽然理论上这个值越大，可以处理的请求就越多，但在Apache1.3默认的最大只能设置为256（这是个硬限制）。如果把这个值设为大于256，那么Apache将无法起动。事实上，256对于负载稍重的站点也是不够的。如果要加大这个值，必须在“configure”前手工修改的源代码树下的src/include/httpd.h中查找256，就会发现“\#define HARD\_SERVER\_LIMIT 256”这行。把256改为要增大的值（如4000），然后重新编译Apache即可。

但在Apache 2.0中，新加入了ServerLimit指令，可以突破最大请求数为256的限制。 使得无须重编译Apache就可以加大MaxClients。下面是prefork配置段：

<IfModule prefork.c>  
    ServerLimit 2000  
    StartServers 10  
    MinSpareServers 10  
    MaxSpareServers 15  
    MaxClients 1000  
    MaxRequestsPerChild 10000  
    </IfModule>

ServerLimit： 上述配置中，ServerLimit的最大值是2000，对于大多数站点已经足够。如果一定要再加大这个数值，对位于源代码树下server/mpm/prefork/prefork.c中以下两行做相应修改即可：

1.  \#define DEFAULT\_SERVER\_LIMIT 256  
2.  \#define MAX\_SERVER\_LIMIT 2000

此时必须 *MaxClients ≤ ServerLimit ≤ 2000. 即prefork的默认并发量最大是2000。*

ServerLimit 生效前提：必须放在其他指令的前面，同时要想改变这个硬限制必须完全停止服务器然后再启动服务器(直接重启是不行的)。

### worker的工作原理及配置 ###

工作原理：每个进程能够拥有的线程数量是固定的。服务器会根据负载情况增加或减少进程数量。一个单独的控制进程(父进程)负责子进程的建立。每个子进程能够建立ThreadsPerChild数量的服务线程和一个监听线程，该监听线程监听接入请求并将其传递给服务线程处理和应答。Apache总是试图维持一个备用(spare)或是空闲的服务线程池。这样，客户端无须等待新线程或新进程的建立即可得到处理。在Unix中，为了能够绑定80端口，父进程一般都是以root身份启动，随后，Apache以较低权限的用户建立子进程和线程。User和Group指令用于配置Apache子进程的权限。虽然子进程必须对其提供的内容拥有读权限，但应该尽可能给予他较少的特权。另外，除非使用了suexec ，否则，这些指令配置的权限将被CGI脚本所继承。

相对于prefork，worker是2.0 版中全新的支持多线程和多进程混合模型的MPM。由于使用线程来处理，所以可以处理相对海量的请求，而系统资源的开销要小于基于进程的服务器。但是，worker也使用了多进程，每个进程又生成多个线程，以获得基于进程服务器的稳定性。这种MPM的工作方式将是Apache 2.0的发展趋势。

在configure -with-mpm=worker后，进行make编译、make install安装。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：由主控制进程生成“StartServers”个子进程，每个子进程中包含固定的ThreadsPerChild线程数，各个线程独立地处理请求。同样，为了不在请求到来时再生成线程，MinSpareThreads和MaxSpareThreads设置了最少和最多的空闲线程数；而MaxClients设置了所有子进程中的线程总数。如果现有子进程中的线程总数不能满足负载，控制进程将派生新的子进程。

StartServers：服务器启动时建立的子进程数，默认值是"3"。

ServerLimit：服务器允许配置的进程数上限。这个指令和ThreadLimit结合使用配置了MaxClients最大允许配置的数值。任何在重启期间对这个指令的改变都将被忽略，但对MaxClients的修改却会生效。

MinSpareThreads ：最小空闲线程数,默认值是"75"。这个MPM将基于整个服务器监控空闲线程数。假如服务器中总的空闲线程数太少，子进程将产生新的空闲线程。

MaxSpareThreads：配置最大空闲线程数。默认值是"250"。这个MPM将基于整个服务器监控空闲线程数。假如服 务器中总的空闲线程数太多，子进程将杀死多余的空闲线程。MaxSpareThreads的取值范围是有限制的。Apache将按照如下限制自动修正您配置的值：worker需要其大于等于MinSpareThreads加上ThreadsPerChild的和

MinSpareThreads和MaxSpareThreads这两个参数对Apache的性能影响并不大，可以按照实际情况相应调节。

ThreadLimit：每个子进程可配置的线程数上限。这个指令配置了每个子进程可配置的线程数ThreadsPerChild上限。任何在重启期间对这个指令的改变都将被忽略，但对ThreadsPerChild的修改却会生效。默认值是"64".

ThreadsPerChild：是worker MPM中与性能相关最密切的指令。ThreadsPerChild的最大缺省值是64。如果负载较大，64也是不够的。这时要显式使用ThreadLimit指令，它的最大缺省值是20000。上述两个值位于源码树server/mpm/worker/worker.c中的以下两行：

#define DEFAULT_THREAD_LIMIT 64  
    #define MAX_THREAD_LIMIT 20000

这两行对应着ThreadsPerChild和ThreadLimit的限制数。最好在configure之前就把64改成所希望的值。注意，不要把这两个值设得太高，超过系统的处理能力，从而因Apache不起动使系统很不稳定。

Worker模式下所能同时处理的请求总数是由子进程总数乘以ThreadsPerChild值决定的，应该大于等于MaxClients。如果负载很大，现有的子进程数不能满足时，控制进程会派生新的子进程。默认最大的子进程总数是16，加大时也需要显式声明ServerLimit（最大值是20000）。这两个值位于源码树server/mpm/worker/worker.c中的以下两行：

#define DEFAULT_SERVER_LIMIT 16  
    #define MAX_SERVER_LIMIT 20000

需要注意的是，如果显式声明了ServerLimit，那么它乘以ThreadsPerChild的值必须大于等于MaxClients，而且MaxClients必须是ThreadsPerChild的整数倍，否则Apache将会自动调节到一个相应值（可能是个非期望值）。下面是worker配置段：

<IfModule worker.c>  
    StartServers 3  
    MaxClients 2000  
    ServerLimit 25  
    MinSpareThreads 50  
    MaxSpareThreads 200  
    ThreadLimit 200  
    ThreadsPerChild 100  
    MaxRequestsPerChild 0  
    </IfModule>

通过上面的叙述，可以了解到Apache 2.0中prefork和worker这两个重要MPM的工作原理，并可根据实际情况来配置Apache相关的核心参数，以获得最大的性能和稳定性。

MaxClients：允许同时伺服的最大接入请求数量(最大线程数量)。任何超过MaxClients限制的请求都将进入等候 队列。默认值是"400",16 (ServerLimit)乘以25(ThreadsPerChild)的结果。因此要增加MaxClients的时候，您必须同时增加 ServerLimit的值。

ThreadsPerChild：每个子进程建立的常驻的执行线程数。默认值是25。子进程在启动时建立这些线程后就不再建立新的线程了。

MaxRequestsPerChild：配置每个子进程在其生存期内允许伺服的最大请求数量。到达MaxRequestsPerChild的限制后，子进程将会结束。假如MaxRequestsPerChild为"0"，子进程将永远不会结束。  
     将MaxRequestsPerChild配置成非零值有两个好处：  
     1.能够防止(偶然的)内存泄漏无限进行，从而耗尽内存。   
     2.给进程一个有限寿命，从而有助于当服务器负载减轻的时候减少活动进程的数量。   
     注意  
     对于KeepAlive链接，只有第一个请求会被计数。事实上，他改变了每个子进程限制最大链接数量的行为。