企业级lnmp架构讲解（一）lnmp架构简介、优缺点、工作原理、lamp的比较+FASTCGI和CGI的简介及原理

lnmp是什么

LNMP是指一组通常一起使用来运行动态网站或者服务器的自由软件名称首字母缩写。

L指Linux，N指Nginx，M一般指MySQL，也可以指MariaDB，P一般指PHP，也可以指Perl或Python。

PHP 是 PHP 的递归首字母缩写：Hypertext Preprocessor，一种用于创建动态和交互式 HTML 网页的脚本语言。当网站访问者打开页面时，服务器处理 PHP 命令，然后将结果发送到访问者的浏览器。

lnmp架构的优点（主要是nginx)

1.作为 Web 服务器：相比 Apache，Nginx 使用更少的资源，支持更多的并发连接，体现更高的效率。
2.
作为负载均衡服务器：Nginx 既可以在内部直接支持Rails和PHP，也可以支持作为 HTTP代理服务器对外进行服务。Nginx 用C编写，不论是系统资源开销还是CPU使用效率都比Perlbal要好的多。
3.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。
4.Nginx 安装非常的简单，配置文件非常简洁（还能够支持perl语法）。Nginx支持平滑加载新的配置，还能够在不间断服务的情况下进行软件版本的升级。

LAMP和LNMP的区别

lamp=linux+apache+mysql+php
lnmp=linux+nginx+mysql+php

(1)在LNMP中，Nginx本身对脚本不做任何的处理，而是把请求发给fast-cgi管理进程处理fast-cgi管理进程选择cgi子进程处理结果并返回，二者是相互独立的，通过管道进程通信

(2)在LAMP中，PHP是Apache的一个模块，具有相同的生命周期，两者通过共享内存的方式通信
两者的PHP环境不相互适用
相比 Apache，Nginx 使用更少的资源，支持更多的并发连接，体现更高的效率

(3)LNMP方式的优点：占用VPS（Virtual Private Server 虚拟专用服务器）资源较少，Nginx配置起来也比较简单，利用fast-cgi的方式动态解析PHP脚本。

LNMP方式的缺点：php-fpm组件的负载能力有限，在访问量巨大的时候，php-fpm进程容易僵死，容易发生502 bad gateway错误。

(4)LNAMP方式的优点：由于Apache本身处理PHP的能力比起php-fpm要强，所以不容易出现类似502 bad gateway的错误。适合访问量较大的站点使用。

LNAMP方式的缺点：相比LNMP方式会多占用一些资源，另外，配置虚拟主机需要同时修改Nginx和Apache的配置文件，要稍微麻烦一些。

lnmp的工作原理

浏览器发送http request请求到服务器（Nginx），服务器响应并处理web请求。如果是静态文本直接返回，否则将脚本（PHP）通过接口传输协议（网关协议）PHP-FCGI（fast-cgi）传输给PHP-FPM（进程管理程序），然后PHP-FPM调用PHP解析器的其中一个进程PHP-CGI来解析php脚本信息。【PHP-FPM在启动时启动了多个PHP-CGI子进程，并发执行。】然后将解析后的脚本返回到PHP-FPM，PHP-FPM再通过fast-cgi的形式将脚本信息传送给Nginx。服务器再通过Http response的形式传送给浏览器，浏览器再进行解析与渲染然后进行呈现。

lamp的工作原理

浏览器向服务器发送http请求，服务器 (Apache) 接受请求，由于php作为Apache的组件模块也会一起启动，它们具有相同的生命周期。
Apache会将一些静态资源保存，然后调用php去处理模块进行php脚本的处理。脚本处理完后，Apache将处理完的信息通过http response的方式发送给浏览器，浏览器解析，渲染等一系列操作后呈现整个网页。

lnmp架构的各模块协作图

对于像index.php这类的动态页面请求，Web Server根据配置文件知道这个不是静态文件，则会调用PHP 解析器进行处理然后将返回的数据转发给客户端（浏览器）。

在这个过程中，Web Server并不能直接处理静态或者动态请求，对于静态请求是直接查找然后返回数据或者报错信息，对于动态数据也是交付给其他的工具（这里的PHP解析器）进行处理。

什么是CGI

简介

1）CGI（Common Gateway Interface）全称是“通用网关接口”，是一种让客户端（web浏览器）与Web服务器（nginx等）程序进行通信（数据传输）的协议。
用来规范web服务器传输到php解释器中的数据类型以及数据格式，包括URL、查询字符串、POST数据、HTTP header等，也就是为了保证web server传递过来的数据是标准格式的。

2）CGI可以用任何一种具有标准输入、输出和环境变量的语言编写，如php、perl、tcl等。

不同类型语言写的程序只要符合cgi标准，就能作为一个cgi程序与web服务器交互，早期的cgi大多都是c或c++编写的。

3）一般说的CGI指的是用各种语言编写的能实现该功能的程序。

2.流程图

工作步骤

这里的cgi应用程序以php为例

1）每次当web server收到index.php这种类型的动态请求后，
会启动对应的CGI程序（PHP的解析器）；
2）PHP解析器会解析php.ini配置文件，初始化运行环境，然后处理请求，
处理完成后将数据按照CGI规定的格式返回给web server然后退出进程；
3）最后web server再把结果返回给浏览器

特点

1）高并发时的性能较差：
CGI程序的每一次web请求都会有启动和退出过程，也就是最为人诟病的fork-and-execute模式（每次HTTP服务器遇到动态请求时都需要重新启动脚本解析器来解析php.ini，重新载入全部DLL扩展并重初始化全部数据结构，然后把结果返回给HTTP服务器），很明显，这样的接口方式会导致php的性能很差，在处理高并发访问时，几乎是不可用的。

2）传统的CGI接口方式安全性较差

3）CGI对php.ini的配置很敏感，在开发和调试的时候相当方便

什么是 FASTCGI

简介

fork有分叉的意思。

CGI解释器的反复加载是CGI性能低下的主要原因
如果CGI解释器保持在内存中并接受FastCGI进程管理器调度，则可以提供良好的性能、伸缩性、Fail- Over特性等。

Fast-cgi像是一个常驻(long-live)型的cgi，是用来提高cgi程序性能的。
fast-CGI是nginx和php之间的一个通信接口，该接口实际处理过程通过启动php-fpm进程来解析php脚本。

即php-fpm相当于一个动态应用服务器，从而实现nginx动态解析php
因此，如果nginx服务器需要支持php解析，需要在nginx.conf中增加php的配置，将php脚本转发到fastCGI进程监听的IP地址和端口（php-fpm.conf中指定）

php安装的时候，需要开启支持fastCGI选项，并且编译安装php-fpm补丁/扩展同时，需要启动php-fpm进程，才可以解析nginx通过fastCGI转发过来的php脚本。

FACTCGI的工作步骤

1）Web Server启动同时，加载FastCGI进程管理器（nginx的php-fpm或者IIS的ISAPI或Apache的Module)
2）FastCGI进程管理器读取php.ini配置文件，对自身进行初始化，启动多个CGI解释器进程(php-cgi)，等待来自Web Server的连接。
3）当Web Server接收到客户端请求时，FastCGI进程管理器选择并连接到一个CGI解释器。Web server会将相关环境变量和标准输入发送到FastCGI子进程php-cgi进行处理
4）FastCGI子进程完成处理后将数据按照CGI规定的格式返回给Web Server，然后关闭FastCGI子进程或者等待下一次请求。

FastCGI的特点

1)FastCGI具有语言无关性，支持用大多数语言进行编写，对应的程序也支持大多数主流的web服务器

2）FastCGI程序的接口方式采用C/S结构，可以将web服务器和脚本解析服务器分开，独立于web服务器运行，提高web服务器的并发性能和安全性：

  提高性能：这种方式支持多个web分发服务器和多个脚本解析服务器的分布式架构，同时可以在脚本解析服务器上启动一个或者多个脚本解析守护进程来处理动态请求，可以让web服务器专一地处理静态请求或者将动态脚本服务器的结果返回给客户端，这在很大程度上提高了整个应用系统的性能。

  提高安全性：API方式把应用程序的代码与核心的web服务器链接在一起，这时一个错误的API的应用程序可能会损坏其他应用程序或核心服务器，恶意的API的应用程序代码甚至可以窃取另一个应用程序或核心服务器的密钥，采用这种方式可以在很大程度上避免这个问题

3）FastCGI的不依赖于任何Web服务器的内部架构，因此即使服务器技术的变化, FastCGI依然稳定不变

4）FastCGI程序在修改php.ini配置时可以进行平滑重启加载新配置

  所有的配置加载都只在FastCGI进程启动时发生一次，每次修改php.ini配置文件，只需要重启FastCGI程序（php-fpm等）即可完成平滑加载新配置，已有的动态请求会继续处理，处理完成关闭进程，新来的请求使用新加载的配置和变量进行处理

5）FAST-CGI是较新的标准，架构上和CGI大为不同，是用一个驻留内存的服务进程向网站服务器提供脚本服务。像是一个常驻(long-live)型的CGI，维护的是一个进程池，它可以一直执行着，只要激活后，不会每次都要花费时间去fork一次（这是CGI最为人诟病的fork-and-execute 模式），速度和效率比CGI大为提高，是目前的主流部署方式。

FAST-CGI对进程的管理方式

Fastcgi会先启一个master，解析配置文件，初始化执行环境，然后再启动多个worker。当请求过来时，master会传递给一个worker，然后立即可以接受下一个请求。这样就避免了重复的劳动，效率自然提高。而且当worker不够用时，master可以根据配置预先启动几个worker等着；当然空闲worker太多时，也会停掉一些，这样就提高了性能，也节约了资源。这就是fastcgi的对进程的管理。

FAST-CGI的不足之处

因为是多进程，所以比CGI多线程消耗更多的服务器内存

nginx+fastcgi的工作步骤

Nginx不支持对外部动态程序的直接调用或者解析，所有的外部程序（包括PHP）必须通过FastCGI接口来调用。FastCGI接口在Linux下是socket（可以是文件socket，也可以是ip socket）。
为了调用CGI程序，还需要一个FastCGI的wrapper，这个wrapper绑定在某个固定socket上，如端口或者文件socket。当Nginx将CGI请求发送给这个socket的时候，通过FastCGI接口，wrapper接收到请求，然后派生出一个新的线程，这个线程调用解释器或者外部程序处理脚本并读取返回数据；接着，wrapper再将返回的数据通过FastCGI接口，沿着固定的socket传递给Nginx；最后，Nginx将返回的数据发送给客户端，这就是Nginx+FastCGI的整个运作过程。

我们首先需要一个wrapper，这个wrapper需要完成的工作
1、通过调用fastcgi（库）的函数通过socket和ningx通信（读写socket是fastcgi内部实现的功能，对wrapper是非透明的）
2、调度thread，进行fork和kill
3、和application（php）进行通信

CGI和FASTCGI的对比

1）CGI 和 FastCGI 都只是一种通信协议规范，不是一个实体，一般说的CGI指的是用各种语言编写的能实现该功能的程序
2）CGI 程序和FastCGI程序，是指实现这两个协议的程序，可以是任何语言实现这个协议的。（PHP-CGI 和 PHP-FPM就是实现FastCGI的程序）
3）CGI程序和FastCGI程序的区别：
关于CGI程序：
CGI使外部程序与Web服务器之间交互成为可能。CGI程序运行在独立的进程中，并对每个Web请求建立一个进程，这种方法非常容易实现，但效率很差，难以扩展。面对大量请求，进程的大量建立和消亡使操作系统性能大大下降。此外，由于地址空间无法共享，也限制了资源重用。

关于FastCGI程序：
与CGI程序为每个请求创建一个新的进程不同，FastCGI使用持续的进程（master）来处理一连串的请求。这些进程由FastCGI服务器管理，而不是web服务器。 当进来一个请求时，web服务器把环境变量和这个页面请求通过一个socket或者一个TCP connection传递给FastCGI进程。

扫盲小知识点

php-fpm

PHP-FPM(FastCGI Process Manager：FastCGI进程管理器)是一个PHPFastCGI管理器，对于PHP 5.3.3之前的php来说，是一个补丁包，旨在将FastCGI进程管理整合进PHP包中。如果你使用的是PHP5.3.3之前的PHP的话，就必须将它patch到你的PHP源代码中，在编译安装PHP后才可以使用。

PHP5.3.3已经集成php-fpm了，不再是第三方的包了。PHP-FPM提供了更好的PHP进程管理方式，可以有效控制内存和进程、可以平滑重载PHP配置，比spawn-fcgi具有更多优点，所以被PHP官方收录了。在./configure的时候带 –enable-fpm参数即可开启PHP-FPM。

fastcgi是一个协议，php-fpm实现了这个协议

php-cgi

大家都知道，PHP的解释器是php-cgi。php-cgi只是个CGI程序，他自己本身只能解析请求，返回结果，不会进程管理所以就出现了一些能够调度php-cgi进程的程序，比如说由lighthttpd分离出来的spawn-fcgi。PHP-FPM也是一样的功能。