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Nginx、Apache的工作原理以及Nginx为何比Apache高效

2019年09月11日 维尼网络

众所周知Nginx在处理大并发静态请求方面,效率明显高于httpd,甚至能轻松解决C10K问题。在高并发连接的情况下,Nginx是Apache服务器不错的替代品。Nginx同时也可以作为7层负载均衡服务器来使用。根据我的测试结果,Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 可以承受3万以上的并发连接数,相当于同等环境下Apache的10倍。

 

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一般来说,4GB内存的服务器+Apache(prefork模式)一般只能处理3000个并发连接,因为它们将占用3GB以上的内存,还得为系统预留1GB的内存。我曾经就有两台Apache服务器,因为在配置文件中设置的MaxClients为4000,当Apache并发连接数达到3800时,导致服务器内存和Swap空间用满而崩溃。

 

而这台 Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 服务器在3万并发连接下,开启的10个Nginx进程消耗150M内存(15M*10=150M),开启的64个php-cgi进程消耗1280M内存(20M*64=1280M),加上系统自身消耗的内存,总共消耗不到2GB内存。如果服务器内存较小,完全可以只开启25个php-cgi进程,这样php-cgi消耗的总内存数才500M。

 

在3万并发连接下,访问Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 服务器的PHP程序,仍然速度飞快。为什么Nginx在处理高并发方面要优于httpd,我们先从两种web服务器的工作原理以及工作模式说起。

 

apache三种工作模式

 

我们都知道Apache有三种工作模块,分别为prefork、worker、event。

 

prefork:多进程,每个请求用一个进程响应,这个过程会用到select机制来通知。

 

worker:多线程,一个进程可以生成多个线程,每个线程响应一个请求,但通知机制还是select不过可以接受更多的请求。

 

event:基于异步I/O模型,一个进程或线程,每个进程或线程响应多个用户请求,它是基于事件驱动(也就是epoll机制)实现的。

 

4.2 prefork的工作原理

 

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 Apache1.3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。

 

4.3 worker的工作原理

 

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Apache2.0的发展趋势。

 

4.4 event 基于事件机制的特性

 

一个进程响应多个用户请求,利用callback机制,让套接字复用,请求过来后进程并不处理请求,而是直接交由其他机制来处理,通过epoll机制来通知请求是否完成;在这个过程中,进程本身一直处于空闲状态,可以一直接收用户请求。可以实现一个进程程响应多个用户请求。支持持海量并发连接数,消耗更少的资源。

 

怎么提高Web服务器的并发连接处理能力

 

有几个基本条件:

 

1.基于线程,即一个进程生成多个线程,每个线程响应用户的每个请求。

 

2.基于事件的模型,一个进程处理多个请求,并且通过epoll机制来通知用户请求完成。

 

3.基于磁盘的AIO(异步I/O)

 

4.支持mmap内存映射,mmap传统的web服务器,进行页面输入时,都是将磁盘的页面先输入到内核缓存中,再由内核缓存中复制一份到web服务器上,mmap机制就是让内核缓存与磁盘进行映射,web服务器,直接复制页面内容即可。不需要先把磁盘的上的页面先输入到内核缓存去。

 

刚好,Nginx 支持以上所有特性。所以Nginx官网上说,Nginx支持50000并发,是有依据的。

 

Nginx优异之处

 

传统上基于进程或线程模型架构的web服务通过每进程或每线程处理并发连接请求,这势必会在网络和I/O操作时产生阻塞,其另一个必然结果则是对内存或CPU的利用率低下。生成一个新的进程/线程需要事先备好其运行时环境,这包括为其分配堆内存和栈内存,以及为其创建新的执行上下文等。这些操作都需要占用CPU,而且过多的进程/线程还会带来线程抖动或频繁的上下文切换,系统性能也会由此进一步下降。另一种高性能web服务器/web服务器反向代理:Nginx(Engine X),nginx的主要着眼点就是其高性能以及对物理计算资源的高密度利用,因此其采用了不同的架构模型。受启发于多种操作系统设计中基于“事件”的高级处理机制,nginx采用了模块化、事件驱动、异步、单线程及非阻塞的架构,并大量采用了多路复用及事件通知机制。在nginx中,连接请求由为数不多的几个仅包含一个线程的进程worker以高效的回环(run-loop)机制进行处理,而每个worker可以并行处理数千个的并发连接及请求。

 

Nginx 工作原理

 

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