目錄
（一）什么是服務(wù)器并發(fā)處理能力
（二）有什么方法衡量服務(wù)器并發(fā)處理能力
1.吞吐率
2.壓力測試
（三）怎么提高服務(wù)器的并發(fā)處理能力
1，提高CPU并發(fā)計(jì)算能力
（1）多進(jìn)程&多線程
（2）減少進(jìn)程切換，使用線程，考慮進(jìn)程綁定CPU
（3）減少使用不必要的鎖，考慮無鎖編程
（4）考慮進(jìn)程優(yōu)先級(jí)
（5）關(guān)注系統(tǒng)負(fù)載
（6）關(guān)注CPU使用率，除了用戶空間和內(nèi)核空間的CPU使用率以外，還要關(guān)注I/O wait
2，減少系統(tǒng)調(diào)用
3，考慮減少內(nèi)存分配和釋放
（1）改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法復(fù)制度
（2）使用內(nèi)存池
（3）考慮使用共享內(nèi)存
4，考慮使用持久連接
5，改進(jìn)I/O模型
（1）DMA技術(shù)
（2）異步I/O
（3）改進(jìn)多路I/O就緒通知策略，epoll
（4）Sendfile
（5）內(nèi)存映射
（6）直接I/O
6，改進(jìn)服務(wù)器并發(fā)策略
（1）一個(gè)進(jìn)程處理一個(gè)連接，非阻塞I/O，使用長連接
（2）一個(gè)進(jìn)程處理多個(gè)連接，異步I/O，使用長連接
7，改進(jìn)硬件環(huán)境
（一）什么是服務(wù)器并發(fā)處理能力？
一臺(tái)服務(wù)器在單位時(shí)間里能處理的請(qǐng)求越多，服務(wù)器的能力越高，也就是服務(wù)器并發(fā)處理能力越強(qiáng)
服務(wù)器的本質(zhì)工作就是，爭取以最快的速度將內(nèi)核緩沖區(qū)中的用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)一個(gè)不剩地都拿出來，然后盡快處理，再將響應(yīng)數(shù)據(jù)放到一塊又能夠與發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)中，接著處理下一撥請(qǐng)求。
（二）有什么方法衡量服務(wù)器并發(fā)處理能力？
一，吞吐率
量化指標(biāo)：吞吐率，單位時(shí)間里服務(wù)器處理的最大請(qǐng)求數(shù)，單位req/s
再深入一些，HTTP請(qǐng)求通常是對(duì)不同資源的請(qǐng)求，也就是請(qǐng)求不同的URL，有的是請(qǐng)求圖片，有的是獲取動(dòng)態(tài)內(nèi)容，有的是靜態(tài)頁面，顯然這些請(qǐng)求所花費(fèi)的時(shí)間各不相同，而這些請(qǐng)求再不同時(shí)間的組成比例又是不確定的，所以實(shí)際情況下的吞吐率是非常復(fù)雜的。
正因?yàn)檫@些請(qǐng)求的性質(zhì)不同，所以服務(wù)器并發(fā)能力強(qiáng)弱關(guān)鍵在于如何正對(duì)不同的請(qǐng)求性質(zhì)來設(shè)計(jì)最優(yōu)并發(fā)策略。如一臺(tái)服務(wù)器處理諸多不同性質(zhì)的請(qǐng)求，在一定程度上使得服務(wù)器的性能無法充分發(fā)揮。而并發(fā)策略的設(shè)計(jì)就是在服務(wù)器同時(shí)處理較多請(qǐng)求時(shí)，合理協(xié)調(diào)和充分利用CPU計(jì)算和I/O操作，使其在較大并發(fā)用戶數(shù)的情況下提供較高吞吐率。
另外，實(shí)際上多少用戶同時(shí)發(fā)來請(qǐng)求并不是服務(wù)器所能決定的，一旦實(shí)際并發(fā)用戶數(shù)過多，則勢必影響站點(diǎn)質(zhì)量。所以得出最大并發(fā)用戶數(shù)的意義，在于了解服務(wù)器的承載能力，并且結(jié)合用戶規(guī)模考慮適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展方案。
在考慮用戶模型時(shí)，用戶訪問web站點(diǎn)時(shí)通常使用瀏覽器，瀏覽器對(duì)于同一域名下URL的并發(fā)下載是多線程的，不過有最大限制的，所以前面說到的最大并發(fā)數(shù)，具體到真實(shí)的用戶，可能不是一對(duì)一的關(guān)系。
而從服務(wù)器角度，實(shí)際并發(fā)用戶數(shù)的可以理解為服務(wù)器當(dāng)前維護(hù)的代表不同用戶的文件描述符總數(shù)，也就是并發(fā)連接數(shù)。服務(wù)器一般會(huì)限制同時(shí)服務(wù)的最多用戶數(shù)，比如apache的MaxClents參數(shù)。
這里再深入一下，對(duì)于服務(wù)器來說，服務(wù)器希望支持高吞吐率，對(duì)于用戶來說，用戶只希望等待最少的時(shí)間，顯然，雙方不能滿足，所以雙方利益的平衡點(diǎn)，就是我們希望的最大并發(fā)用戶數(shù)。
二，壓力測試
有一個(gè)原理一定要先搞清楚，假如100個(gè)用戶同時(shí)向服務(wù)器分別進(jìn)行10個(gè)請(qǐng)求，與1個(gè)用戶向服務(wù)器連續(xù)進(jìn)行1000次請(qǐng)求，對(duì)服務(wù)器的壓力是一樣嗎？實(shí)際上是不一樣的，因?qū)γ恳粋�(gè)用戶，連續(xù)發(fā)送請(qǐng)求實(shí)際上是指發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求并接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)后再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求。這樣對(duì)于1個(gè)用戶向服務(wù)器連續(xù)進(jìn)行1000次請(qǐng)求，任何時(shí)刻服務(wù)器的網(wǎng)卡接收緩沖區(qū)中只有1個(gè)請(qǐng)求，而對(duì)于100個(gè)用戶同時(shí)向服務(wù)器分別進(jìn)行10個(gè)請(qǐng)求，服務(wù)器的網(wǎng)卡接收緩沖區(qū)最多有100個(gè)等待處理的請(qǐng)求，顯然這時(shí)的服務(wù)器壓力更大。
壓力測試前提考慮的條件：
（1）并發(fā)用戶數(shù)
（2）總請(qǐng)求數(shù)
（3）請(qǐng)求資源描述
并發(fā)用戶數(shù)是指某一時(shí)刻同時(shí)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求的用戶總數(shù)。
壓力測試中關(guān)系的時(shí)間有細(xì)分以下2種，
（1） 用戶平均請(qǐng)求等待時(shí)間
（這里暫不把數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)間，還有用戶PC本地的計(jì)算時(shí)間計(jì)算入內(nèi)）
（2） 服務(wù)器平均請(qǐng)求處理時(shí)間
用戶平均請(qǐng)求等待時(shí)間主要用于衡量服務(wù)器在一定并發(fā)用戶數(shù)下，單個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量；而服務(wù)器平均請(qǐng)求處理時(shí)間就是吞吐率的倒數(shù)，一般來說，用戶平均請(qǐng)求等待時(shí)間=服務(wù)器平均請(qǐng)求處理時(shí)間*并發(fā)用戶數(shù)
（三）怎么提高服務(wù)器的并發(fā)處理能力呢？
一，提高CPU并發(fā)計(jì)算能力
服務(wù)器之所以可以同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求，在于操作系統(tǒng)通過多執(zhí)行流體系設(shè)計(jì)使得多個(gè)任務(wù)可以輪流使用系統(tǒng)資源，這些資源包括CPU，內(nèi)存以及I/O.這里的I/O主要指磁盤I/O，和網(wǎng)絡(luò)I/O
（1）多進(jìn)程&多線程
多執(zhí)行流的一般實(shí)現(xiàn)就是進(jìn)程。多進(jìn)程的好處不僅在于CPU時(shí)間的輪流使用，還在于對(duì)CPU計(jì)算和I/O操作進(jìn)行很好的重疊利用，這里的I/O主要指磁盤I/O和網(wǎng)絡(luò)I/O.實(shí)際上，大多數(shù)進(jìn)程的時(shí)間主要消耗在I/O操作上，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的DMA技術(shù)可以讓CPU不參與I/O操作的全過程，比如進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用，使得CPU向網(wǎng)卡或者磁盤等I/O設(shè)備發(fā)出指令，然后進(jìn)程被掛起，釋放出CPU資源，等待I/O設(shè)備完成工作后通過中斷來通知進(jìn)程重新就緒。對(duì)于單任務(wù)而言，CPU大部分時(shí)間空閑，這時(shí)候多進(jìn)程的作用尤為重要。
而且進(jìn)程的優(yōu)越性還在其相互獨(dú)立帶來的穩(wěn)定性和健壯性方面。
進(jìn)程的缺點(diǎn):每個(gè)進(jìn)程都有自己的獨(dú)立空間和生命周期。當(dāng)子進(jìn)程被父進(jìn)程創(chuàng)建后，便將父進(jìn)程地址空間的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到自己的地址空間中，完全繼承父進(jìn)程的上下文信息。進(jìn)程的創(chuàng)建使用fork（）系統(tǒng)調(diào)用，還是有一定的開銷的，這個(gè)開銷若太頻繁，其可能成為影響性能的主要因素。
那是否越多進(jìn)程數(shù)越好呢？請(qǐng)看下面討論：
（2）減少進(jìn)程切換
進(jìn)程擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間，每個(gè)進(jìn)程都只能共享CPU寄存器。一個(gè)進(jìn)程被掛起的本質(zhì)是將它在CPU寄存器中的數(shù)據(jù)拿出來暫存在內(nèi)存態(tài)堆棧著那個(gè)，而一個(gè)進(jìn)程恢復(fù)工作的本質(zhì)就是把它的數(shù)據(jù)重新裝入CPU寄存器，這段裝入和移出的數(shù)據(jù)稱為“硬件上下文”，除此之外，進(jìn)程上下文還包含進(jìn)程允許所需的一切狀態(tài)信息。
當(dāng)硬件上下文頻繁裝入和移出時(shí)，所消耗的時(shí)間是非�？捎^的�？捎肗mon工具監(jiān)視服務(wù)器每秒的上下文切換次數(shù)。
為了盡量減少上下文切換次數(shù)，最簡單的做法就是減少進(jìn)程數(shù)，盡量使用線程并配合其它I/O模型來設(shè)計(jì)并發(fā)策略。
還可以考慮使用進(jìn)程綁定CPU技術(shù)，增加CPU緩存的命中率。若進(jìn)程不斷在各CPU上切換，這樣舊的CPU緩存就會(huì)失效。
（3）減少使用不必要的鎖
服務(wù)器處理大量并發(fā)請(qǐng)求時(shí)，多個(gè)請(qǐng)求處理任務(wù)時(shí)存在一些資源搶占競爭，這時(shí)一般采用“鎖”機(jī)制來控制資源的占用，當(dāng)一個(gè)任務(wù)占用資源時(shí)，我們鎖住資源，這時(shí)其它任務(wù)都在等待鎖的釋放，這個(gè)現(xiàn)象稱為鎖競爭。
通過鎖競爭的本質(zhì)，我們要意識(shí)到盡量減少并發(fā)請(qǐng)求對(duì)于共享資源的競爭。比如在允許情況下關(guān)閉服務(wù)器訪問日志，這可以大大減少在鎖等待時(shí)的延遲時(shí)間。要最大程度減少無辜的等待時(shí)間。
這里說下無鎖編程，就是由內(nèi)核完成這個(gè)鎖機(jī)制，主要是使用原子操作替代鎖來實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的訪問保護(hù)，使用原子操作時(shí)，在進(jìn)行實(shí)際的寫操作時(shí)，使用了lock指令，這樣就可以阻止其他任務(wù)寫這塊內(nèi)存，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭現(xiàn)象。原子操作速度比鎖快，一般要快一倍以上。
例如fwrite（）， fopen（），其是使用append方式寫文件，其原理就是使用了無鎖編程，無鎖編程的復(fù)雜度高，但是效率快，而且發(fā)生死鎖概率低。
（4）除了上述所說，要優(yōu)化服務(wù)器的并發(fā)處理能力，還要考慮進(jìn)程優(yōu)先級(jí)（可由進(jìn)程決定），進(jìn)程調(diào)度器會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行隊(duì)列中進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，通過top觀察進(jìn)程的PR值
（5）還要關(guān)注系統(tǒng)負(fù)載，可在任何時(shí)刻查看/proc/lOAdavg， top中的load average也可看出
（6）還要關(guān)注CPU使用率，除了用戶空間和內(nèi)核空間的CPU使用率以外，還要關(guān)注I/O wait，它是指CPU空閑并且等待I/O操作完成的時(shí)間比例。（top中查看wa的值）
二，考慮系統(tǒng)調(diào)用
進(jìn)程若運(yùn)行在用戶態(tài)，這時(shí)可使用CPU和內(nèi)存來完成一些任務(wù)，而當(dāng)進(jìn)程需要對(duì)硬件外設(shè)進(jìn)行操作的時(shí)候（如讀取磁盤文件，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等），就必須切換到內(nèi)核態(tài)，這時(shí)它擁有更多的權(quán)力來操縱整個(gè)計(jì)算機(jī)。
而系統(tǒng)調(diào)用涉及進(jìn)程從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換，導(dǎo)致一定的內(nèi)存交換，這也是一定程度上的上下文切換，所以系統(tǒng)調(diào)用的開銷通常認(rèn)為比較昂貴的。
所以要減少不必要的系統(tǒng)調(diào)用，也是服務(wù)器性能優(yōu)化的一個(gè)方面。例如在apache中，修改httpd.conf文件，可以減少對(duì)文件路徑中各級(jí)目錄下檢測是否存在.htacess文件這個(gè)open（）系統(tǒng)調(diào)用； 還可以修改httpd.conf文件來減少多余的gettimeofday（）系統(tǒng)調(diào)用。
但有時(shí)若使用一些簡單的系統(tǒng)調(diào)用能代替大量的邏輯運(yùn)算，這樣反而使用系統(tǒng)調(diào)用更能優(yōu)化性能
三，考慮減少內(nèi)存分配和釋放
服務(wù)器的工作過程中，需要大量的內(nèi)存，使得內(nèi)存的分配和釋放工作尤為重要。
可以通過改善數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法復(fù)制度來適當(dāng)減少中間臨時(shí)變量的內(nèi)存分配及數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)間，而服務(wù)器本身也使用了各自的策略來提高效率。
例如Apache，在運(yùn)行開始時(shí)一次申請(qǐng)大片的內(nèi)存作為內(nèi)存池，若隨后需要時(shí)就在內(nèi)存池中直接獲取，不需要再次分配，避免了頻繁的內(nèi)存分配和釋放引起的內(nèi)存整理時(shí)間。
再如Nginx使用多線程來處理請(qǐng)求，使得多個(gè)線程之間可以共享內(nèi)存資源，從而令它的內(nèi)存總體使用量大大減少，另外，nginx分階段的內(nèi)存分配策略，按需分配，及時(shí)釋放，使得內(nèi)存使用量保持在很小的數(shù)量范圍。
順便說下Linux進(jìn)程的地址空間分段
1、棧（存放著局部變量和函數(shù)參數(shù)等數(shù)據(jù)），向下生長 （可讀可寫可執(zhí)行）
2、堆（給動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存是使用），向上生長 （可讀可寫可執(zhí)行）
3、數(shù)據(jù)段（保存全局?jǐn)?shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)） （可讀可寫不可執(zhí)行）
4、代碼段（保存代碼）（可讀可執(zhí)行不可寫）
（1）代碼段（.text）。這里存放的是CPU要執(zhí)行的指令。代碼段是可共享的，相同的代碼在內(nèi)存中只會(huì)有一個(gè)拷貝，同時(shí)這個(gè)段是只讀的，防止程序由于錯(cuò)誤而修改自身的指令。
（2）初始化數(shù)據(jù)段（.data）。這里存放的是程序中需要明確賦初始值的變量，例如位于所有函數(shù)之外的全局變量：int val=100。需要強(qiáng)調(diào)的是，以上兩段都是位于程序的可執(zhí)行文件中，內(nèi)核在調(diào)用exec函數(shù)啟動(dòng)該程序時(shí)從源程序文件中讀入。
（3）未初始化數(shù)據(jù)段（.bss）。位于這一段中的數(shù)據(jù)，內(nèi)核在執(zhí)行該程序前，將其初始化為0或者null。例如出現(xiàn)在任何函數(shù)之外的全局變量：int sum；
（4）堆（Heap）。這個(gè)段用于在程序中進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)，例如經(jīng)常用到的malloc，new系列函數(shù)就是從這個(gè)段中申請(qǐng)內(nèi)存。
（5）棧（Stack）。函數(shù)中的局部變量以及在函數(shù)調(diào)用過程中產(chǎn)生的臨時(shí)變量都保存在此段中
還可以考慮使用共享內(nèi)存
共享內(nèi)存指在多處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可以被不同中央處理器（CPU）訪問的大容量內(nèi)存，也可以由不同進(jìn)程共享，是非�？斓倪M(jìn)程通信方式。
但是使用共享內(nèi)存也有不好的地方，就是對(duì)于多機(jī)器時(shí)數(shù)據(jù)不好統(tǒng)一
shell命令ipcs可用來顯示系統(tǒng)下共享內(nèi)存的狀態(tài)，函數(shù)shmget可以創(chuàng)建或打開一塊共享內(nèi)存區(qū)，函數(shù)shmat將一個(gè)存在的共享內(nèi)存段連接到本進(jìn)程空間，函數(shù)shmctl可以對(duì)共享內(nèi)存段進(jìn)行多種操作，函數(shù)shmdt函數(shù)分離該共享內(nèi)存
四，考慮使用持久連接
持久連接也為長連接，它本身是TCP通信的一種普通方式，即在一次TCP連接中持續(xù)發(fā)送多分?jǐn)?shù)據(jù)而不斷開連接，與它相反的方式稱為短連接，也就是建立連接后發(fā)送一份數(shù)據(jù)就斷開，然后再次建立連接發(fā)送下一份數(shù)據(jù)， 周而復(fù)始。是否采用持久連接，完全取決于應(yīng)用特點(diǎn)。從性能角度看，建立TCP連接的操作本身是一項(xiàng)不小的開銷，在允許的情況下，連接次數(shù)越少，越有利于性能的提升；尤其對(duì)于密集型的圖片或網(wǎng)頁等小數(shù)據(jù)請(qǐng)求處理有明顯的加速所用。
HTTP長連接需要瀏覽器和web服務(wù)器的共同協(xié)作，目前瀏覽器普遍支持長連接，表現(xiàn)在其發(fā)出的HTTP請(qǐng)求數(shù)據(jù)頭中包含關(guān)于長連接的聲明，如下：Connection: Keep-Alive
主流的web服務(wù)器都支持長連接，比如apache中，可以用KeepAlive off關(guān)閉長連接。
對(duì)于長連接的有效使用，還有關(guān)鍵一點(diǎn)在于長連接超時(shí)時(shí)間的設(shè)置，即長連接在什么時(shí)候關(guān)閉嗎？Apache的默認(rèn)設(shè)置為5s，若這個(gè)時(shí)間設(shè)置過長，則可能導(dǎo)致資源無效占有，維持大量空閑進(jìn)程，影響服務(wù)器性能。
五，改進(jìn)I/O 模型
I/O操作根據(jù)設(shè)備的不同分為很多類型，比如內(nèi)存I/O， 網(wǎng)絡(luò)I/O， 磁盤I/O. 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)I/O和磁盤I/O， 它們的速度要慢很多，盡管使用RAID磁盤陣列可通過并行磁盤磁盤來加快磁盤I/O速度，購買大連獨(dú)享網(wǎng)絡(luò)帶寬以及使用高帶寬網(wǎng)絡(luò)適配器可以提高網(wǎng)絡(luò)i/O的速度。但這些I/O操作需要內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用來完成，這些需要CPU來調(diào)度，這使得CPU不得不浪費(fèi)寶貴的時(shí)間來等待慢速I/O操作我們希望讓CPU足夠少的時(shí)間在i/O操作的調(diào)度上，如何讓高速的CPU和慢速的I/O設(shè)備更好地協(xié)調(diào)工作，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)一直探討的話題。各種I/O模型的本質(zhì)區(qū)別在于CPU的參與方式。
（1）DMA技術(shù)I/O設(shè)備和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸方式由DMA控制器完成。在DMA模式下，CPU只需向DMA下達(dá)命令，讓DMA控制器來處理數(shù)據(jù)的傳送，這樣可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源。
（2）異步I/O
異步I/O指主動(dòng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)后便可以繼續(xù)處理其它任務(wù)，隨后等待I/O操作的通知，這樣進(jìn)程在數(shù)據(jù)讀寫時(shí)不發(fā)生阻塞。而同步則在數(shù)據(jù)就緒后在讀寫時(shí)必須阻塞。
異步I/O是非阻塞的，當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，真正的I/O傳輸還沒開始，這讓CPU處理和I/O操作達(dá)到很好的重疊。
順便說說同步阻塞I/O的缺點(diǎn)，其雖然可以和多進(jìn)程有效利用CPU資源，但代價(jià)是占用了大量的內(nèi)存開銷。而同步非阻塞I/O需要進(jìn)程執(zhí)行多次輪訓(xùn)查看數(shù)據(jù)是否就緒，花費(fèi)了大量的CPU時(shí)間。
（3）改進(jìn)多路I/O就緒通知策略，epoll服務(wù)器同時(shí)處理大量的文件描述符是必不可少的，若采用同步非阻塞I/O模型，若同時(shí)接收TCP連接的數(shù)據(jù)，就必須輪流對(duì)每個(gè)socket調(diào)用接收數(shù)據(jù)的方法，不管這些socket有沒有可接收的數(shù)據(jù)，都要詢問一次，假如大部分socket并沒有數(shù)據(jù)可以接收，那么進(jìn)程便會(huì)浪費(fèi)很多CPU時(shí)間用于檢查這些socket.有沒有可以接收的數(shù)據(jù)，多路I/O就緒通知的出現(xiàn)，提供了對(duì)大量文件描述符就緒檢查的高性能方案，它允許進(jìn)程通過一種方法同時(shí)監(jiān)視所有文件描述符，并可以快速獲得所有就緒的文件描述符，然后只針對(duì)這些文件描述符進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。
下面詳細(xì)介紹被公認(rèn)為linux 2.6下性能最好的多路I/O就緒通知方法epoll.，幾乎具備select， poll， /dev/poll等模型的全部優(yōu)點(diǎn)
epoll可以同時(shí)支持水平觸發(fā)和邊緣觸發(fā)，理論上邊緣觸發(fā)性能更高，但是代碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，因?yàn)槿魏我馔獾膩G失事件都會(huì)造成請(qǐng)求處理錯(cuò)誤。
epoll主要有2大改進(jìn)：
（1）epoll只告知就緒的文件描述符，而且當(dāng)調(diào)用epoll_wait（）獲得文件描述符時(shí)，返回并不是實(shí)際的描述符，而是一個(gè)代表就緒描述符數(shù)量的值，然后只需去epoll指定的一個(gè)數(shù)組中依次取得相應(yīng)數(shù)量的文件描述符即可，這里使用了內(nèi)存映射（mmap）技術(shù)，這樣徹底省掉了這些文件描述符在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)復(fù)制的開銷。
（2）epoll采用基于事件的就緒通知方式。其事先通過epoll_ctrl（）注冊每一個(gè)文件描述符，一旦某個(gè)文件描述符就緒時(shí)，內(nèi)核會(huì)采用類似callback的回調(diào)機(jī)制，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用epoll_wait（）時(shí)得到通知
（4）Sendfile
大多數(shù)時(shí)候，我們都向服務(wù)器請(qǐng)求靜態(tài)文件，比如圖片，樣式表等，在處理這些請(qǐng)求時(shí)，磁盤文件的數(shù)據(jù)先經(jīng)過內(nèi)核緩沖區(qū)，然后到用戶內(nèi)存空間，不需經(jīng)過任何處理，其又被送到網(wǎng)卡對(duì)應(yīng)的內(nèi)核緩沖區(qū)，接著再被送入網(wǎng)卡進(jìn)行發(fā)送。
Linux提供sendfile（）系統(tǒng)調(diào)用，可以講磁盤文件的特定部分直接傳送到代表客戶端的socket描述符，加快了靜態(tài)文件的請(qǐng)求速度，同時(shí)減少CPU和內(nèi)存的開銷。
適用場景： 對(duì)于請(qǐng)求較小的靜態(tài)文件，sendfile發(fā)揮的作用不那么明顯，因發(fā)送數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)在整個(gè)過程中所占時(shí)間的比例相比于大文件請(qǐng)求時(shí)小很多。
（5）內(nèi)存映射
Linux內(nèi)核提供一種訪問磁盤文件的特殊方式，它可以將內(nèi)存中某塊地址空間和我們指定的磁盤文件相關(guān)聯(lián)，從而對(duì)這塊內(nèi)存的訪問轉(zhuǎn)換為對(duì)磁盤文件的訪問。這種技術(shù)稱為內(nèi)存映射。
多數(shù)情況下，內(nèi)存映射可以提高磁盤I/O的性能，無須使用read（）或write（）等系統(tǒng)調(diào)用來訪問文件，而是通過mmap（）系統(tǒng)調(diào)用來建立內(nèi)存和磁盤文件的關(guān)聯(lián)，然后像訪問內(nèi)存一樣自由訪問文件。
缺點(diǎn)：在處理較大文件時(shí)，內(nèi)存映射會(huì)導(dǎo)致較大的內(nèi)存開銷，得不償失。
（6）直接I/O
在linux 2.6中，內(nèi)存映射和直接訪問文件沒有本質(zhì)差異，因?yàn)閿?shù)據(jù)需要經(jīng)過2次復(fù)制，即在磁盤與內(nèi)核緩沖區(qū)之間以及在內(nèi)核緩沖區(qū)與用戶態(tài)內(nèi)存空間。
引入內(nèi)核緩沖區(qū)的目的在于提高磁盤文件的訪問性能，然而對(duì)于一些復(fù)雜的應(yīng)用，比如數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，它們?yōu)榱诉M(jìn)一步提高性能，希望繞過內(nèi)核緩沖區(qū)，由自己在用戶態(tài)空間實(shí)現(xiàn)并管理I/O緩沖區(qū)，比如數(shù)據(jù)庫可根據(jù)更加合理的策略來提高查詢緩存命中率。另一方面，繞過內(nèi)核緩沖區(qū)也可以減少系統(tǒng)內(nèi)存的開銷，因內(nèi)核緩沖區(qū)本身就在使用系統(tǒng)內(nèi)存。
Linux在open（）系統(tǒng)調(diào)用中增加參數(shù)選項(xiàng)O_DIRECT，即可繞過內(nèi)核緩沖區(qū)直接訪問文件，實(shí)現(xiàn)直接I/O。
在MySQL中，對(duì)于Innodb存儲(chǔ)引擎，自身進(jìn)行數(shù)據(jù)和索引的緩存管理，可在my.cnf配置中分配raw分區(qū)跳過內(nèi)核緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)直接I./O
六，改進(jìn)服務(wù)器并發(fā)策略
服務(wù)器并發(fā)策略的目的，是讓I/O操作和CPU計(jì)算盡量重疊進(jìn)行，一方面讓CPU在I/O等待時(shí)不要空閑，另一方面讓CPU在I/O調(diào)度上盡量花最少的時(shí)間。
（1）一個(gè)進(jìn)程處理一個(gè)連接，非阻塞I/O，使用長連接
Apache使用這個(gè)模型，其進(jìn)程的開銷限制了它的并發(fā)連接數(shù)，但從穩(wěn)定性和兼容性的角度，則其相對(duì)安全，任何一個(gè)子進(jìn)程的崩潰不會(huì)影響Apache本身，Apache父進(jìn)程可以創(chuàng)建新的子進(jìn)程；另一方面，Apache經(jīng)過長期的考驗(yàn)和廣發(fā)的使用，功能模塊非常豐富。所以對(duì)于一些并發(fā)數(shù)要求不高（如150以內(nèi)），還對(duì)其它功能有依賴，那么可考慮Apache這個(gè)模型。
（2）一個(gè)進(jìn)程處理多個(gè)連接，異步I/O，使用長連接
一個(gè)進(jìn)程處理多個(gè)連接，潛在條件就是多路I/O就緒通知的應(yīng)用。
服務(wù)器通常維護(hù)者大量的空閑連接，有些可能由于使用長連接而在等待超時(shí)，有些可能是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)等等，這時(shí)epoll只會(huì)關(guān)注活躍連接，而不在死連接上浪費(fèi)時(shí)間，但是select和poll會(huì)掃描所有文件描述符，這個(gè)是個(gè)非常昂貴的開銷。一個(gè)典型的應(yīng)用就是圖片服務(wù)器，它們希望為用戶提供網(wǎng)頁中大量圖片的快速下載，采用長連接，但是這些大量連接在等待超時(shí)關(guān)閉前，處于空閑狀態(tài)，這種情況下，epoll依然能很好工作。
POSIX的標(biāo)準(zhǔn)庫（aio.h）中定義了AIO的一系列接口，它幾乎屏蔽了一切網(wǎng)絡(luò)通信的細(xì)節(jié)，對(duì)使用者而言非常簡單。AIO沒有提供非阻塞的open（）方法，進(jìn)程仍使用open（）系統(tǒng)調(diào)用來打開文件，然后填充一些I/O請(qǐng)求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（struct aiocb），接下來調(diào)用aid_read（）或aid_write（）來發(fā)起異步I/O操作，一旦請(qǐng)求進(jìn)入操作隊(duì)列后，函數(shù)便返回，進(jìn)程可以在此調(diào)用aid_error（）來檢查正在運(yùn)行的I/O操作的狀態(tài)
aiocb中相關(guān)的域
AIO接口API
關(guān)于進(jìn)程的數(shù)量，這個(gè)不是越多越好的。大量的進(jìn)程可以維持更多的活躍連接數(shù)，但每個(gè)連接的下載速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者（因上下文切換的CPU時(shí)間減少，有更多的時(shí)間用于發(fā)起sendfile（）系統(tǒng)調(diào)用），則怎么決定worker的進(jìn)程數(shù)取決于應(yīng)用，例如是希望為更多的用戶同時(shí)提供慢速下載服務(wù)，還是希望為有限的用戶提供快速的下載服務(wù)。
對(duì)于動(dòng)態(tài)內(nèi)容，如PHP腳本，worker進(jìn)程通常只是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求給獨(dú)立的fastcgi進(jìn)程，或者作為反向代理服務(wù)器將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給后端服務(wù)器，worker進(jìn)程不太依賴太多的本地資源，可以適當(dāng)提高并發(fā)連接數(shù)，但太多的worker進(jìn)程又會(huì)帶來更多的上下文切換開銷和內(nèi)存開銷，從而整體上所有連接的相應(yīng)時(shí)間變長。
而讀取磁盤文件可以考慮使用異步I/O，在某些場景比性能sendfile（）更出色。
七，改進(jìn)硬件環(huán)境
還有一點(diǎn)要提及的是硬件環(huán)境，服務(wù)器的硬件配置對(duì)站點(diǎn)代理的性能提升肯定是有的，但這里不作詳細(xì)討論。
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本文標(biāo)題：淺談如何提高服務(wù)器并發(fā)處理能力
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