Nginx为什么会比Apache Httpd高效

常见的web服务方式

Web服务器要为用户提供服务,必须以某种方式,工作在某个套接字上。一般Web服务器在处理用户请求是,一般有如下三种方式可选择:多进程方式、多线程方式、异步方式。

多进程方式:为每个请求启动一个进程来处理。由于在操作系统中,生成进程、销毁进程、进程间切换都很消耗CPU和内存,当负载高是,性能会明显降低。
优点: 稳定性!由于采用独立进程处理独立请求,而进程之间是独立的,单个进程问题不会影响其他进程,因此稳定性最好。

缺点: 资源占用!当请求过大时,需要大量的进程处理请求,进程生成、切换开销很大,而且进程间资源是独立的,造成内存重复利用。

多线程方式:一个进程中用多个线程处理用户请求。由于线程开销明显小于进程,而且部分资源还可以共享,因此效率较高。
优点:开销较小!线程间部分数据是共享的,且线程生成与线程间的切换所需资源开销比进程间切换小得多。

缺点:稳定性!线程切换过快可能造成线程抖动,且线程过多会造成服务器不稳定。

异步方式:使用非阻塞方式处理请求,是三种方式中开销最小的。但异步方式虽然效率高,但要求也高,因为多任务之间的调度如果出现问题,就可能出现整体故障,因此使用异步工作的,一般是一些功能相对简单,但却符合服务器任务调度、且代码中没有影响调度的错误代码存在的程序。
优点:性能最好!一个进程或线程处理多个请求,不需要额外开销,性能最好,资源占用最低。

缺点:稳定性!某个进程或线程出错,可能导致大量请求无法处理,甚至导致整个服务宕机。

一个web请求的处理过程

客户发起情况到服务器网卡;
服务器网卡接受到请求后转交给内核处理;
内核根据请求对应的套接字,将请求交给工作在用户空间的Web服务器进程
Web服务器进程根据用户请求,向内核进行系统调用,申请获取相应资源(如index.html)
内核发现web服务器进程请求的是一个存放在硬盘上的资源,因此通过驱动程序连接磁盘
内核调度磁盘,获取需要的资源
内核将资源存放在自己的缓冲区中,并通知Web服务器进程
Web服务器进程通过系统调用取得资源,并将其复制到进程自己的缓冲区中
Web服务器进程形成响应,通过系统调用再次发给内核以响应用户请求
内核将响应发送至网卡
网卡发送响应给用户
通过这样的一个复杂过程,一次请求就完成了。

简单来说就是:用户请求-->送达到用户空间-->系统调用-->内核空间-->内核到磁盘上读取网页资源->返回到用户空间->响应给用户。

Apache Httpd的工作模式

4.1 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。

如何提高Web服务器的并发连接处理能力

有几个基本条件:

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。
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。
基于磁盘的AIO(异步I/O)
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 工作原理

Nginx会按需同时运行多个进程:一个主进程(master)和几个工作进程(worker),配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。所有进程均是仅含有一个线程,并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。主进程以root用户身份运行,而worker、cache loader和cache manager均应以非特权用户身份运行。

主进程主要完成如下工作:
读取并验正配置信息;
创建、绑定及关闭套接字;
启动、终止及维护worker进程的个数;
无须中止服务而重新配置工作特性;
控制非中断式程序升级,启用新的二进制程序并在需要时回滚至老版本;
重新打开日志文件;
编译嵌入式perl脚本;
worker进程主要完成的任务包括:
接收、传入并处理来自客户端的连接;
提供反向代理及过滤功能;
nginx任何能完成的其它任务;
注:如果负载以CPU密集型应用为主,如SSL或压缩应用,则worker数应与CPU数相同;如果负载以IO密集型为主,如响应大量内容给客户端,则worker数应该为CPU个数的1.5或2倍。

为什么选择Nginx

在高连接并发的情况下,Nginx是Apache服务器不错的替代品: Nginx在美国是做虚拟主机生意的老板们经常选择的软件平台之一. 能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应, 感谢Nginx为我们选择了 epoll and kqueue 作为开发模型。
Nginx作为负载均衡服务器: Nginx 既可以在内部直接支持 Rails 和 PHP 程序对外进行服务, 也可以支持作为 HTTP代理 服务器对外进行服务. Nginx采用C进行编写, 不论是系统资源开销还是CPU使用效率都比 Perlbal 要好很多。
作为邮件代理服务器: Nginx 同时也是一个非常优秀的邮件代理服务器(最早开发这个产品的目的之一也是作为邮件代理服务器), Last.fm 描述了成功并且美妙的使用经验.
Nginx 安装非常的简单 , 配置文件非常简洁(还能够支持perl语法),Bugs 非常少的服务器: Nginx 启动特别容易, 并且几乎可以做到7*24不间断运行,即使运行数个月也不需要重新启动. 你还能够 不间断服务的情况下进行软件版本的升级 。
Nginx 的诞生主要解决C10K问题

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