如何改善Web服務(wù)器性能
作為一種資源的組織和表達(dá)機(jī)制，Web已成為Internet最主要的信息傳送媒介。因此Web的性能已經(jīng)成為判斷一個(gè)網(wǎng)站成功與否的一個(gè)重要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。而Web服務(wù)器則是決定Web性能的重要環(huán)節(jié)。
Web服務(wù)器性能就是指一個(gè)Web服務(wù)器響應(yīng)用戶請(qǐng)求的能力。為了提高Web服務(wù)器的性能人們進(jìn)行了諸多嘗試，已經(jīng)取得了可喜的成果。本文通過(guò)對(duì)前人研究結(jié)果的分析，提出了在具體應(yīng)用環(huán)境中優(yōu)化Web服務(wù)器的方法和策略。
Web服務(wù)器概述
Web系統(tǒng)在現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用，而Web服務(wù)器則是Web系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。完整的Web結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：HTTP協(xié)議，Web服務(wù)器，通用網(wǎng)關(guān)接口CGI、Web應(yīng)用程序接口、Web瀏覽器。
Web服務(wù)器是指駐留在因特網(wǎng)上某種類型計(jì)算機(jī)的程序。它是在網(wǎng)絡(luò)中信息提供者基干HTTP的為實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、資料查詢、數(shù)據(jù)處理等諸多應(yīng)用搭建基本平臺(tái)的服務(wù)器，其主要功能是提供網(wǎng)上信息瀏覽服務(wù)。當(dāng)Web瀏覽器（客戶端）連到服務(wù)器并請(qǐng)求文件時(shí)，服務(wù)器將處理該請(qǐng)求并將文件發(fā)送到該瀏覽器上，附帶的信息會(huì)告訴瀏覽器如何查看該文件（即文件類型）。
Web服務(wù)器在web頁(yè)面處理中大致可分為三個(gè)步驟：第一步，web瀏覽器向一個(gè)特定的服務(wù)器發(fā)出Web頁(yè)面請(qǐng)求；第二步，Web服務(wù)器接收到web頁(yè)面請(qǐng)求后，尋找所請(qǐng)求的web頁(yè)面，并將所請(qǐng)求的Web頁(yè)面?zhèn)魉徒oWeb瀏覽器；第三步，Web服務(wù)器接收到所請(qǐng)求的web頁(yè)面，并將它顯示出來(lái)。
web服務(wù)器不僅能夠存儲(chǔ)信息，還能在用戶通過(guò)Web瀏覽器提供的信息的基礎(chǔ)上運(yùn)行腳本和程序。在Web上，常見的大多數(shù)表單核搜索引擎上都是用的是CGI腳本。
影響web應(yīng)用服務(wù)器性能的因素
Web服務(wù)器的性能就是指一個(gè)Web服務(wù)器響應(yīng)用戶請(qǐng)求的能力，服務(wù)器的性能對(duì)于一個(gè)Web系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。為了提高Web服務(wù)器的性能人們進(jìn)行了許多嘗試，也采用了許多技術(shù)和方法，但是這些技術(shù)和方法往往缺乏適用性。
通過(guò)對(duì)前人的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，在web服務(wù)器的優(yōu)化方而存在這種問(wèn)題的原因主要有兩個(gè)：一方面是服務(wù)器性能評(píng)測(cè)造成的，一方面是選用優(yōu)化方案時(shí)考慮不全面造成的。
現(xiàn)行的服務(wù)器性能評(píng)測(cè)工具在對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，其實(shí)是由一臺(tái)或幾臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬客戶機(jī)，與被測(cè)的Web服務(wù)器進(jìn)行通信，它們其實(shí)組成的只是一個(gè)局域網(wǎng)的環(huán)境，這與真正的廣域網(wǎng)的環(huán)境有一定的差別。
另外，評(píng)測(cè)工具在選擇網(wǎng)絡(luò)負(fù)載時(shí)，雖然已經(jīng)盡可能的接近真實(shí)負(fù)載，但是與持續(xù)的高頻率負(fù)載要求仍有差距；再者，在性能測(cè)試指標(biāo)的選擇與分析上也不夠合理，造成了分析結(jié)果不夠公正、可靠。而在選用優(yōu)化Web服務(wù)器的方法時(shí)，往往只是考慮Web服務(wù)器這一個(gè)方面，很少結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境。所以就造成了評(píng)測(cè)結(jié)果不夠科學(xué)，應(yīng)用環(huán)境考慮不夠全面，Web服務(wù)器性能優(yōu)化缺乏針對(duì)性。因此在具體的應(yīng)用環(huán)境下優(yōu)化Web服務(wù)器的性能需要另外考慮以下兩個(gè)主要因素：網(wǎng)絡(luò)特性和Web負(fù)載特點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)特性是指web服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)情況，是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，是高速網(wǎng)絡(luò)(傳輸速率在1OOMb／s以上的網(wǎng)絡(luò)就叫做高速網(wǎng)絡(luò))還是低速網(wǎng)絡(luò)，在不同的網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的傳輸數(shù)據(jù)的類型、網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)時(shí)間、吞吐量，利用率等網(wǎng)絡(luò)特性不盡相同，所以要加以區(qū)分，具體情況具體分析。
而在Web負(fù)載特點(diǎn)方面，由于在對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，一個(gè)非常關(guān)鍵的因素就是Web負(fù)載的選擇。評(píng)測(cè)工具雖然有多種，但是它們都在選擇負(fù)載上做足了功課。關(guān)于Web負(fù)載特點(diǎn)的研究主要目的就在于對(duì)Web服務(wù)器性能進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，可以根據(jù)這些特點(diǎn)，選擇模擬最真實(shí)的Web負(fù)載的評(píng)測(cè)工具以便獲得最貼近事實(shí)的Web服務(wù)器性能評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)，以便更好的對(duì)其進(jìn)行分析和得出優(yōu)化方案。#p#
Web應(yīng)用服務(wù)器優(yōu)化方法
在對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要根據(jù)真實(shí)的Web應(yīng)用系統(tǒng)的情況和特征來(lái)采取有針對(duì)性地優(yōu)化方案。首先根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)特性來(lái)看：在局域網(wǎng)中，降低M T U (最大傳輸單位)值對(duì)可以避免復(fù)制數(shù)據(jù)和求校驗(yàn)，而通過(guò)優(yōu)化select系統(tǒng)調(diào)用或在Socket事件處理器中執(zhí)行計(jì)算可以優(yōu)化請(qǐng)求并發(fā)管理，利用HTTP1．1持續(xù)連接等都可以使系統(tǒng)性能得到相應(yīng)的改善，但在廣域網(wǎng)的環(huán)境下卻沒(méi)有什么大的作用，有的甚至恰恰相反。
例如：減少用戶連接的MTU會(huì)增加服務(wù)器處理開銷，采用網(wǎng)絡(luò)延遲、帶寬限制和使用HTTP1．1的持續(xù)連接在廣域網(wǎng)中不會(huì)對(duì)服務(wù)器性能有什么大的影響。在廣域網(wǎng)中，終端用戶的請(qǐng)求的等待時(shí)間依賴于與網(wǎng)絡(luò)延遲的程度，連接帶寬限制情況。對(duì)于廣域網(wǎng)，軟硬中斷在網(wǎng)絡(luò)處理中占有很大的分量，所以采用適應(yīng)的中斷處理機(jī)制將會(huì)給服務(wù)器的響應(yīng)能力帶來(lái)很大的好處；將服務(wù)器定位在內(nèi)核和將基于進(jìn)程設(shè)計(jì)改為基于事務(wù)處理也可以不同程度的提高服務(wù)器的性能。
關(guān)于Web負(fù)載，除了對(duì)Web負(fù)載的特征進(jìn)行分析以便在評(píng)測(cè)時(shí)更好地再現(xiàn)真實(shí)負(fù)載之外，還要考慮Web服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下負(fù)載的情況。人們不僅要求服務(wù)器滿足正常的工作負(fù)載要求，而且在高峰時(shí)期依然要保持較高的吞吐量。但是，服務(wù)器在高負(fù)載的情況下的性能表現(xiàn)往往低于人們的期望。
服務(wù)器過(guò)載的情況分為兩種：一種為瞬間過(guò)載，即服務(wù)器暫時(shí)的、短時(shí)間的超載，這種情況主要是由服務(wù)器負(fù)載的特點(diǎn)引起的。大量的研究表明，Web請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)通信量分布是自相似的，即Web請(qǐng)求的通信量可以在很大范圍內(nèi)有顯著的變化。這就造成服務(wù)器常常短時(shí)間的超載，但這樣情況持續(xù)的時(shí)間一般很短。一種是服務(wù)器長(zhǎng)時(shí)間的超載，這種情況一般是由某一特殊事件引起的，例如服務(wù)器受到拒絕服務(wù)攻擊或者發(fā)生了“活鎖”現(xiàn)象。
第一種服務(wù)器超載情況是不可避免的，但第二種情況則可以通過(guò)對(duì)服務(wù)器改進(jìn)來(lái)改善。拋開惡意的攻擊不算，仔細(xì)分析服務(wù)器處理信息包的過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，造成系統(tǒng)在超載情況下性能下降的根本原因是高優(yōu)先級(jí)處理階段對(duì)CPU的不公平搶占。
因此，如果限制高優(yōu)先級(jí)處理階段對(duì)CPU的占用率，或者限制處理高優(yōu)先級(jí)的CPU個(gè)數(shù)，都可以減輕或者消除收包活鎖現(xiàn)象。具體的可以采用以下的方法：
一、采用輪詢機(jī)制。為了減少中斷對(duì)系統(tǒng)性能的影響，在負(fù)載正常的情況下采用“下半處理” 的方法就非常有效，而在高負(fù)荷情況下，采用這個(gè)方法仍然會(huì)造成活鎖現(xiàn)象，這時(shí)可以采用輪詢機(jī)制。雖然這個(gè)方法在負(fù)載正常的情況下會(huì)造成資源的浪費(fèi)和響應(yīng)速度降低，但在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)頻繁到達(dá)服務(wù)器時(shí)就要比中斷驅(qū)動(dòng)技術(shù)有效的多。
二、減少上下文切換。這種方法不管服務(wù)器在什么情況下對(duì)性能改善都很有效，這時(shí)可以采用引入核心級(jí)（kerne1—leve1）或硬件級(jí)數(shù)據(jù)流的方法來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。核心級(jí)數(shù)據(jù)流是將數(shù)據(jù)從源通過(guò)系統(tǒng)總線進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而不需要使數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)應(yīng)用程序進(jìn)程，這個(gè)過(guò)程中因?yàn)閿?shù)據(jù)在內(nèi)存中，因此需要CPU操作數(shù)據(jù)。
硬件級(jí)數(shù)據(jù)流則是將數(shù)據(jù)從源通過(guò)私有數(shù)據(jù)總線或是雖等DMA通過(guò)系統(tǒng)總線進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而不需要使數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)應(yīng)用程序進(jìn)程，這個(gè)過(guò)程不需要CPU操作數(shù)據(jù)。這樣在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不需要用戶線程的介入，減少了數(shù)據(jù)被拷貝的次數(shù)，減少了上下文切換的開銷。
三、減低中斷的頻率（主要是針對(duì)高負(fù)荷情況的方法）。這里主要有兩種方法：批中斷和暫時(shí)關(guān)閉中斷。批中斷可以在超載時(shí)有效的抑制活鎖現(xiàn)象，但對(duì)服務(wù)器的性能沒(méi)有什么根本性的改進(jìn)；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接收活鎖跡象時(shí)，可以采用暫時(shí)關(guān)閉中斷的方法來(lái)緩和系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，當(dāng)系統(tǒng)緩存再次可用時(shí)可以再打開中斷，但這種方法在接收緩存不夠大的情況下會(huì)造成數(shù)據(jù)包丟失。
Web服務(wù)器性能是整個(gè)Web系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高Web服務(wù)器的性能也是長(zhǎng)久以來(lái)人們一直關(guān)注的課題。這里通過(guò)對(duì)Web服務(wù)器的工作原理和現(xiàn)有的優(yōu)化方法和技術(shù)的分析，得出了對(duì)待Web服務(wù)器性能的提高也應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，要在具體的應(yīng)用環(huán)境中，根據(jù)其特點(diǎn)來(lái)采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。
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