Apache 2.0性能优化

谈到Apache，大多数系统管理员对其稳定版1.3印象颇深。虽然Apache 2.0的系列开发版早已由Alpha、Beta发展到现在的GA（General Availability）版，但是一些人潜意识里还认为开发版并非可用于生产环境的稳定版本。尤其是1.3版的API与2.0版不兼容，使得大量模块必须要重写才能在2.0版上使用。Apache 1.3和2.0之间的内部变化的确较大，用Apache创始人Brian Behlendorf自己的话来说：“这个版本包括了数百个新的特性，所以这个产品应该具有3.1或8i这样的产品编号，而不是2.0。”Apache 2.0中加入了很多的核心改进和新功能，如Unix线程、多协议支持、新的构建系统、对非Unix平台的更佳支持、IPv6支持、新的Apache API、过滤器、多语言错误响应、原生的Windows NT Unicode支持、更简单化的配置，以及升级的正则表达式库等。它当然还包括对许多模块的重要改进，同时也加入了一些新的模块。

　　为了使Apache更加平滑地从1.3版升级到2.0版，Apache开发团队做了很多工作。目前很多重要的模块已经可以很好地支持2.0版，如PHP、FastCGI、Mod_perl、Mod_python等。在httpd.conf的指令配置语法上，目前的2.0版（2.0.45）与1.3版的兼容性已做得相当好。比如，以前的2.0版如果要使用PHP，一般用过滤器实现；现在的PHP官方文档中已经使用1.3版中的LoadModule语句做为加载PHP的推荐方式。只要略微了解一下Apache 2.0的新特性，从1.3版升级到2.0版将是一件非常容易的事情。使用Apache 2.0是大势所趋，因为Apache的开发团队已经把开发重心转移到2.0版上。1.3版自2002年10月发布了1.3.27后一直没有新版本推出，而2.0版在与1.3.27同时发布2.0.43后，在今年1月发布了2.0.44，并于今年3月末发布了2.0.45，并包含了很多改进和修正。

　　MPM的引入带来性能改善

　　Apache 2.0在性能上的改善最吸引人。在支持POSIX线程的Unix系统上，Apache可以通过不同的MPM运行在一种多进程与多线程相混合的模式下，增强部分配置的可扩充性能。相比于Apache 1.3，2.0版本做了大量的优化来提升处理能力和可伸缩性，并且大多数改进在默认状态下即可生效。但是在编译和运行时刻，2.0也有许多可以显著提高性能的选择。本文不想叙述那些以功能换取速度的指令，如HostnameLookups等，而只是说明在2.0中影响性能的最核心特性：MPM（Multi-Processing Modules，多道处理模块）的基本工作原理和配置指令。

　　毫不夸张地说，MPM的引入是Apache 2.0最重要的变化。大家知道，Apache是基于模块化的设计，而Apache 2.0更扩展了模块化设计到Web服务器的最基本功能。服务器装载了一种多道处理模块，负责绑定本机网络端口、接受请求，并调度子进程来处理请求。扩展模块化设计有两个重要好处：

      ◆ Apache可以更简洁、有效地支持多种操作系统；

　　◆ 服务器可以按站点的特殊需要进行自定制。

　　在用户级，MPM看起来和其它Apache模块非常类似。主要区别是在任意时刻只能有一种MPM被装载到服务器中。

　　指定MPM的方法

　　下面以Red Hat Linux 9为平台，说明在Apache 2.0中如何指定MPM (Apache采用2.0.45)。先解压缩源代码包httpd-2.0.45.tar.gz，生成httpd-2.0.45目录（Apache 1.3源代码包的命名规则是apache_1.3.NN.tar.gz，而2.0版则是httpd-2.0.NN.tar.gz，其中NN是次版本号）。

　　进入httpd-2.0.45目录，运行以下代码：

$ ./configure --help|grep mpm

　　显示如下：

--with-mpm=MPM
Choose the process model for Apache to use.
MPM={beos|worker|prefork|mpmt_os2| perchild|leader|threadpool}

　　上述操作用来选择要使用的进程模型，即哪种MPM模块。Beos、mpmt_os2分别是BeOS和OS/2上缺省的MPM，perchild主要设计目的是以不同的用户和组的身份来运行不同的子进程。这在运行多个需要CGI的虚拟主机时特别有用，会比1.3版中的SuExec机制做得更好。leader和threadpool都是基于worker的变体，还处于实验性阶段，某些情况下并不会按照预期设想的那样工作，所以Apache官方也并不推荐使用。因此，我们主要阐述prefork和worker这两种和性能关系最大的产品级MPM ( 有关其它的MPM详细说明，请参见Apache官方文档：[url]http://httpd.apache.org/docs-2.0/mod/)[/url]。

　　prefork的工作原理及配置

　　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：


StartServers          5
MinSpareServers      5
MaxSpareServers     10
MaxClients         150
MaxRequestsPerChild  0


　　prefork的工作原理是，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。

　　MaxSpareServers设置了最大的空闲进程数，如果空闲进程数大于这个值，Apache会自动kill掉一些多余进程。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。笔者认为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Apache默认的限制不能大于256。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。在Apache 1.3中，这是个硬限制。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。在Apache 2.0中新加入了ServerLimit指令，使得无须重编译Apache就可以加大MaxClients。下面是笔者的prefork配置段：


StartServers         10
MinSpareServers      10
MaxSpareServers     15
ServerLimit       2000
MaxClients         1000
MaxRequestsPerChild  10000


　　上述配置中，ServerLimit的最大值是20000，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：

#define DEFAULT_SERVER_LIMIT 256
#define MAX_SERVER_LIMIT 20000

　　worker的工作原理及配置

　　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：


StartServers         2
MaxClients         150
MinSpareThreads     25
MaxSpareThreads     75
ThreadsPerChild     25
MaxRequestsPerChild  0


　　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。

　　MinSpareThreads和MaxSpareThreads的最大缺省值分别是75和250。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。

　　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）。下面是笔者的worker配置段：


StartServers         3
MaxClients         2000
ServerLimit        25
MinSpareThreads     50
MaxSpareThreads     200
ThreadLimit        200
ThreadsPerChild     100
MaxRequestsPerChild  0


　　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。