Apache原理详解

参考：
Apache运行机制剖析

两种工作模式

prefork的工作原理及配置

1）工作原理:

一个单独的控制进程(父进程)负责产生子进程（单一线程的子进程），这些子进程用于监听请求并作出应答。Apache总是试图保持一些备用的 (spare)或是空闲的子进程用于迎接即将到来的请求。这样客户端就无需在得到服务前等候子进程的产生。在Unix系统中，父进程通常以root身份运行以便邦定80端口，而 Apache产生的子进程通常以一个低特权的用户运行。User和Group指令用于配置子进程的低特权用户。运行子进程的用户必须要对他所服务的内容有读取的权限，但是对服务内容之外的其他资源必须拥有尽可能少的权限。

2）配置说明:

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的具体工作原理是,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。

当并发量请求数到达MaxClients（如256）时，而空闲进程只有10个。apache会继续增加创建进程。直到进程数到达256个。

当并发量高峰期过去了，并发请求数可能只有一个时，apache逐渐删除进程，直到进程数到达MaxSpareServers为止。

StartServers:指定服务器启动时建立的子进程数量，prefork默认为5。

MinSpareServers :指定空闲子进程的最小数量，默认为5。假如当前空闲子进程数少于MinSpareServers ，那么Apache将以最大每秒一个的速度产生新的子进程。此参数不要设的太大。

MaxSpareServers：设置了最大的空闲进程数，默认为10。如果空闲进程数大于这个值，Apache父进程会自动kill掉一些多余子进程。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。

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，但在Apache1.3默认的最大只能设置为256（这是个硬限制）。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。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。

但在Apache 2.0中，新加入了ServerLimit指令，可以突破最大请求数为256的限制。 使得无须重编译Apache就可以加大MaxClients。下面是prefork配置段：

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

ServerLimit：上述配置中，ServerLimit的最大值是2000，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 2000 

此时必须 MaxClients ≤ ServerLimit ≤ 2000. 即prefork的默认并发量最大是2000。

ServerLimit 生效前提：必须放在其他指令的前面，同时要想改变这个硬限制必须完全停止服务器然后再启动服务器(直接重启是不行的)。

worker的工作原理及配置

1）工作原理:

每个进程能够拥有的线程数量是固定的。

服务器会根据负载情况增加或减少进程数量。一个单独的控制进程(父进程)负责子进程的建立。每个子进程能够建立ThreadsPerChild数量的服务线程和一个监听线程，该监听线程监听接入请求并将其传递给服务线程处理和应答。Apache总是试图维持一个备用(spare)或是空闲的服务线程池。这样，客户端无须等待新线程或新进程的建立即可得到处理。在Unix中，为了能够绑定80端口，父进程一般都是以root身份启动，随后，Apache以较低权限的用户建立子进程和线程。User和Group指令用于配置Apache子进程的权限。虽然子进程必须对其提供的内容拥有读权限，但应该尽可能给予他较少的特权。另外，除非使用了suexec ，否则，这些指令配置的权限将被CGI脚本所继承。

2）配置说明:

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。

StartServers：服务器启动时建立的子进程数，默认值是”3”。

ServerLimit：服务器允许配置的进程数上限。这个指令和ThreadLimit结合使用配置了MaxClients最大允许配置的数值。任何在重启期间对这个指令的改变都将被忽略，但对MaxClients的修改却会生效。

MinSpareThreads ：最小空闲线程数,默认值是”75”。这个MPM将基于整个服务器监控空闲线程数。假如服务器中总的空闲线程数太少，子进程将产生新的空闲线程。

MaxSpareThreads：配置最大空闲线程数。默认值是”250”。这个MPM将基于整个服务器监控空闲线程数。假如服 务器中总的空闲线程数太多，子进程将杀死多余的空闲线程。MaxSpareThreads的取值范围是有限制的。Apache将按照如下限制自动修正您配置的值：worker需要其大于等于MinSpareThreads加上ThreadsPerChild的和

MinSpareThreads和MaxSpareThreads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。

ThreadLimit：每个子进程可配置的线程数上限。这个指令配置了每个子进程可配置的线程数ThreadsPerChild上限。任何在重启期间对这个指令的改变都将被忽略，但对ThreadsPerChild的修改却会生效。默认值是”64”.

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。

MaxClients：允许同时伺服的最大接入请求数量(最大线程数量)。任何超过MaxClients限制的请求都将进入等候 队列。默认值是”400”,16 (ServerLimit)乘以25(ThreadsPerChild)的结果。因此要增加MaxClients的时候，您必须同时增加 ServerLimit的值。

ThreadsPerChild：每个子进程建立的常驻的执行线程数。默认值是25。子进程在启动时建立这些线程后就不再建立新的线程了。

MaxRequestsPerChild：配置每个子进程在其生存期内允许伺服的最大请求数量。到达MaxRequestsPerChild的限制后，子进程将会结束。假如MaxRequestsPerChild为”0”，子进程将永远不会结束。
将MaxRequestsPerChild配置成非零值有两个好处：

1. 能够防止(偶然的)内存泄漏无限进行，从而耗尽内存。
2. 给进程一个有限寿命，从而有助于当服务器负载减轻的时候减少活动进程的数量。

注意
对于KeepAlive链接，只有第一个请求会被计数。事实上，他改变了每个子进程限制最大链接数量的行为。