基于節(jié)點(diǎn)緩存的Web服務(wù)器性能優(yōu)化研究

胡霖

摘要：Web服務(wù)器一般指的是網(wǎng)站服務(wù)器，是指駐留在因特網(wǎng)上某種類型計(jì)算機(jī)的程序，可以向?yàn)g覽器等Web客戶端提供文檔，也可以放置網(wǎng)站文件。目前最主流的3個Web服務(wù)器是Nginx，Apache，IIs。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們能夠利用網(wǎng)絡(luò)快速獲取信息，在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行溝通，為了能夠更好地為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少網(wǎng)絡(luò)中大量的冗余數(shù)據(jù)，文章對基于節(jié)點(diǎn)緩存的Web服務(wù)器性能優(yōu)化進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)緩存；Web服務(wù)器；性能優(yōu)化

Web服務(wù)器作為一種被動的程序，只有當(dāng)Internet上運(yùn)行其他計(jì)算機(jī)中的瀏覽器發(fā)出的請求時(shí)，服務(wù)器才會響應(yīng)。現(xiàn)在比較常用的Web服務(wù)器有Apache和Microsoft的Internet信息服務(wù)器。Web服務(wù)器不僅可以存儲信息，也能夠?qū)⒂脩敉ㄟ^Web瀏覽器提供的信息作為基礎(chǔ)運(yùn)行腳本與程序。目前，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量增長迅速，人們對知識和信息的需求成為了社會的主要需求，然而網(wǎng)絡(luò)的擁塞以及服務(wù)的超載等問題已經(jīng)成為Web服務(wù)器發(fā)展中需要正視并解決的重要問題。

1 Web服務(wù)器概述

Web服務(wù)器是指駐留于因特網(wǎng)上某種類型計(jì)算機(jī)的程序，當(dāng)Web瀏覽器連接到服務(wù)器上并請求文件時(shí)，服務(wù)器會處理該請求并將文件反饋到該瀏覽器上，附帶的信息則會由高速瀏覽器查看該文件，在這一過程中，服務(wù)器使用HTTP與客戶機(jī)瀏覽器進(jìn)行信息交流。

Web服務(wù)器能夠快速處理HTTP請求，當(dāng)Web服務(wù)器接收到一個HTTP請求時(shí)，會返回一個HTTP響應(yīng)，并且為了能夠處理一個請求，Web服務(wù)器可以響應(yīng)出一個圖片或者是一個靜態(tài)的頁面，完成頁面的跳轉(zhuǎn)，也可以將動態(tài)響應(yīng)委托給一些其他程序的ASP，JSP等腳本。架設(shè)Web服務(wù)器的常見操作系統(tǒng)有windows，Linux和unix。其中，LinHX的安全性能最高，并且可以支持多個硬件平臺，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，是架設(shè)Web服務(wù)器較好的操作系統(tǒng)。

Web服務(wù)器主要的工作步驟有連接過程、請求過程、應(yīng)答過程、關(guān)閉連接。其中的連接過程是將Web服務(wù)器和其他瀏覽器之間建立起來一種連接，如果要確定連接過程是否已經(jīng)完成，可以找到并打開socket虛擬文件，socket文件的建立表明連接過程已經(jīng)完成；請求過程是Web的瀏覽器通過soeket文件向其服務(wù)器提出各種要求的過程；應(yīng)答過程就是通過HTTP協(xié)議把請求過程中所提出的請求傳輸?shù)絎eb服務(wù)器，完成任務(wù)的處理后，再利用HTTP協(xié)議將任務(wù)處理的結(jié)構(gòu)傳輸?shù)絎eb的瀏覽器并展示出請求的界面；關(guān)閉連接是在應(yīng)答過程完成后，Web服務(wù)器和其他瀏覽器之間斷開連接的過程。

2 Web服務(wù)器性能優(yōu)化的意義

伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的信息獲取方式，不再滿足于從電視、報(bào)紙、廣播中獲取單方面的信息，希望能夠通過自己的主觀意識獲取知識。而網(wǎng)絡(luò)能夠向人們提供各種類型的信息，使人們能夠及時(shí)、快捷地獲取到最新的信息，滿足了人們對信息獲取的需要。由于網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)信息量的不斷增加，使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器經(jīng)常超載，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，因此必須加強(qiáng)對基于節(jié)點(diǎn)緩存的Web服務(wù)器性能的優(yōu)化，使Web服務(wù)器能夠具有較高的實(shí)時(shí)性，減少Web服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間，增加Web服務(wù)器的吞吐量，從而更好地提高Web服務(wù)器的性能，滿足用戶越來越高的網(wǎng)絡(luò)需求。

3 Web服務(wù)器性能優(yōu)化的方式

3.1 Web服務(wù)器性能分析

Web服務(wù)器的性能主要是指一個Web服務(wù)器響應(yīng)用戶請求的能力，如何提高Web服務(wù)器的性能在Web系統(tǒng)開發(fā)中是非常重要的問題。Web服務(wù)器的硬件配置和軟件配置都會影響Web服務(wù)器的性能，其中Web服務(wù)器硬件包含了Web服務(wù)器的內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)適配器等，將Web服務(wù)器的硬件配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，會改變Web服務(wù)器的整個系統(tǒng)性能。而Web服務(wù)器軟件主要是指用于Web服務(wù)器上的各種程序，包含了服務(wù)器應(yīng)用程序、Web服務(wù)器操作系統(tǒng)等。在不改變Web服務(wù)器的硬件配置的情況下，對Web服務(wù)器的軟件配置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整也可以改變Web服務(wù)器的系統(tǒng)性。目前常見的Web服務(wù)器性能指標(biāo)有并發(fā)用戶數(shù)、并發(fā)連接數(shù)、事務(wù)處理次數(shù)、連接速率、服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間、頁面響應(yīng)時(shí)間等。

3.2 Web服務(wù)器性能優(yōu)化的方式

基于節(jié)點(diǎn)緩存的Web服務(wù)器性能優(yōu)化，可以建立多層緩存結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模型進(jìn)行系統(tǒng)化的分析。筆者就幾個常用的Web服務(wù)器性能優(yōu)化方式進(jìn)行簡要的分析。

3.2.1 優(yōu)化數(shù)據(jù)服務(wù)層

由于在服務(wù)器端會存在大量的服務(wù)器要訪問數(shù)據(jù)庫，雖然可以在整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)中增加服務(wù)器的數(shù)量，但是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫的連接資源是有限的，并且即使在訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)馬上開關(guān)服務(wù)器，或者數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器之間一直保持連接狀態(tài)沒有操作，都會造成大量的數(shù)據(jù)庫連接資源浪費(fèi)，所以不可以讓服務(wù)器直接訪問數(shù)據(jù)庫。通過詳細(xì)的分析后，對Web服務(wù)器性能優(yōu)化的較好方式是優(yōu)化數(shù)據(jù)服務(wù)層，在數(shù)據(jù)服務(wù)層中增加節(jié)點(diǎn)緩存，通過對操作過的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行節(jié)點(diǎn)緩存后并作上標(biāo)記，使今后的相同數(shù)據(jù)查詢可以直接從節(jié)點(diǎn)緩存中獲得，這樣不僅能夠有效提高數(shù)據(jù)處理的效率，同時(shí)也減少了數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的壓力。

3.2.2 優(yōu)化均衡調(diào)度層

目前網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)種類繁多，而不同數(shù)據(jù)處理的方式和要求以及服務(wù)器處理的邏輯都各不相同，使得負(fù)載均衡策略中的散列法、加權(quán)輪轉(zhuǎn)法、最少連接法等計(jì)算方式存在著不精準(zhǔn)性。利用以內(nèi)容識別為基礎(chǔ)的負(fù)載均衡算法能夠有效提高用戶數(shù)據(jù)處理的效率，優(yōu)化Web服務(wù)器的性能，但是這種方式不能確保對同一用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行串行處理并且非常浪費(fèi)硬件資源，因此可以選擇以用戶請求類型為多參數(shù)基礎(chǔ)的負(fù)載均衡調(diào)度算法，結(jié)合用戶請求數(shù)據(jù)類型的實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，通過對邏輯處理服務(wù)器相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，采用相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)緩存方式，從而更好地對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行串行處理并降低硬件資源的浪費(fèi)。

3.2.3 優(yōu)化使用網(wǎng)絡(luò)寬帶

在優(yōu)化使用網(wǎng)絡(luò)寬帶時(shí)應(yīng)盡可能地減少協(xié)議包頭的開銷，同時(shí)需要綜合有效數(shù)據(jù)占總傳輸數(shù)據(jù)的比例，但是網(wǎng)絡(luò)寬帶的利用率一般較低，并且為了更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，數(shù)據(jù)通常還沒有到達(dá)閥值就會被發(fā)送，因此可以利用節(jié)點(diǎn)緩存延時(shí)的方式優(yōu)化使用網(wǎng)絡(luò)寬帶，對于非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)可以保證在一定的范圍內(nèi)將累積到一定程度的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而提高網(wǎng)絡(luò)寬帶的使用率并且降低協(xié)議包頭的開銷。

3.2.4 處理服務(wù)器超載現(xiàn)象

基于節(jié)點(diǎn)緩存對于Web服務(wù)器進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要根據(jù)Web應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際情況和特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方案，可以在局域網(wǎng)中降低最大傳輸單位值，避免復(fù)制數(shù)據(jù)和求校驗(yàn)，利用不斷優(yōu)化select系統(tǒng)的調(diào)用或者是在對Socket事件處理器中執(zhí)行計(jì)算優(yōu)化請求并發(fā)管理。例如：在廣域網(wǎng)中采用軟硬中斷的方式對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，通過適當(dāng)?shù)闹袛嗵幚矸绞娇梢蕴岣遅eb服務(wù)器的響應(yīng)能力，將Web服務(wù)器定位于內(nèi)核并將基于進(jìn)程的設(shè)計(jì)調(diào)整為基于事務(wù)的處理，有利于提高Web服務(wù)器的性能。

若Web服務(wù)器長時(shí)間處于超載的狀態(tài)，會極大地影響Web服務(wù)器的性能，使其無法保證較高的吞吐量。對于這種情況，可以詳細(xì)分析服務(wù)器處理信息包的過程，解決高優(yōu)先級處理階段對CPU的不公平搶占等問題。在操作中可以使用幾種方式：第一，對于高負(fù)荷情況可以采用降低中斷頻率的方式，一般可以選擇暫時(shí)關(guān)閉中斷或者批中斷的方式，其中暫時(shí)關(guān)閉中斷可以有效地降低Web服務(wù)器系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，但是會在緩存接收的數(shù)據(jù)不夠大的情況下出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失。第二，可以采用減少上下文的切換方式，這種方式可以引入核心級或者硬件級數(shù)據(jù)流，使得服務(wù)器處于任何情況下都能夠改善其性能。第三，為了減少由于中斷問題對Web服務(wù)器系統(tǒng)造成的性能影響，可以使用采用輪詢機(jī)制，這種方式比中斷驅(qū)動技術(shù)更有效，但是在負(fù)載正常情況下可能導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和Web服務(wù)器響應(yīng)速度降低。

4 結(jié)語

Web服務(wù)器是指駐留于因特網(wǎng)上某種類型計(jì)算機(jī)的程序，當(dāng)Web瀏覽器連接到服務(wù)器上并請求文件時(shí)，服務(wù)器會處理該請求并將文件反饋到該瀏覽器上，附帶的信息則會由高速瀏覽器查看該文件?；诠?jié)點(diǎn)緩存的Web服務(wù)器性能優(yōu)化可以通過優(yōu)化數(shù)據(jù)服務(wù)層的方式，在數(shù)據(jù)服務(wù)層中增加節(jié)點(diǎn)緩存，提高數(shù)據(jù)處理的效率，降低數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的壓力。通過優(yōu)化均衡調(diào)度層的方式，結(jié)合用戶請求數(shù)據(jù)類型的實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，從而更好地實(shí)現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行串行的處理，降低硬件資源的浪費(fèi)。還可以利用優(yōu)化使用網(wǎng)絡(luò)寬帶的方式，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)效性。通過不斷地對Web服務(wù)器性能的優(yōu)化，能夠有效地提高Web服務(wù)器的響應(yīng)速度，增加Web服務(wù)器的吞吐量，滿足用戶對Web服務(wù)器使用的需求。