Apache服务器中prefork和worker工作模式

一、多道处理模块 MPM

    Apache HTTP 服务器被设计为一个功能强大，并且灵活的 web 服务器， 可以在很多平台与环境中工作。不同平台和不同的环境往往需要不同 的特性，或可能以不同的方式实现相同的特性最有效率。Apache 通过模块化的设计来适应各种环境。这种设计允许网站管理员通过在 编译时或运行时，选择哪些模块将会加载在服务器中，来选择服务器特性。        

    Apache 2.0 扩展此模块化设计到最基本的 web 服务器功能。 它提供了可以选择的多处理模块(MPM)，用来绑定到网络端口上，接受请求， 以及调度子进程处理请求。

     MPM的设计，带来两个重要的好处：

• Apache 能更优雅，更高效率的支持不同的平台。

• Apache 能更好的为有特殊要求的站点定制。例如，要求更高伸缩性的站点可以选择使用线程的 MPM，即 worker 或 event；需要可靠性或者与旧软件兼容的站点可以使用 prefork。

    在用户看来，MPM 很像其它 Apache 模块。主要是区别是，在任何时间， 必须有一个，而且只有一个 MPM 加载到服务器中。

二、选择 MPM

    MPM 必须在编译前，./configure 配置时指定，然后编译到服务器程序中。 仅当编译器知道使用了线程时，它才有能力优化许多函数。

    为了使用指定的 MPM，请在执行 configure 时，使用参数 --with-mpm=NAME。NAME 是指定的 MPM 名称，我们只可以指定其中一个MPM模块。编译完成后，可以使用 ./httpd -l 来确定选择的 MPM。 此命令会列出编译到服务器程序中的所有模块，包括 MPM。 Unix/Linux支持三种MPM， Prefork, worker, event，其中event模型在apache2.2版本是测试版，不建议在生产环境中使用，到apache2.4，event模型是稳定版。

• prefork    多进程模型

  预先生成进程，一个请求用一个进程处理。优点：稳定可靠，任何一个进程崩溃都不会影响其他进程；缺点：性能差，特别是并发量非常大时，非常消耗内存资源，会有大量的进程切换。

• worker    多线程模型

  基于线程，启动多个进程，每个进程中生成多个线程。进程负责响应请求，而线程负责处理请求。因为linux不是原生支持线程，线程同步模型复杂，必须处理锁争用的问题，所以在Linux上不建议。测试发现，在linux系统上，worker 的效率并没有 prefork 高。这是默认不是worker的原因。

• event    IO多路复用，基于事件驱动的模型。一个进程处理多个套接字，一个进程同时处理多个请求

    可以使用 httpd -l 来确定当前选择的 MPM。 此命令会列出编译到服务器程序（modules compiled into the server）中的所有模块，包括 MPM。

# -l Output a list of moudles compiled into the server. This will not list dynamically l# oaded modules included using the LoadModule directive.
[root@localhost ~]# httpd -l
Compiled in modules:
  core.c           # 核心
  prefork.c         # 编译到httpd服务器的MPM模块
  http_core.c
  mod_so.c          # 支持DSO动态模块加载

三、prefork

  prefork 为多路模块MPM 实现了一个进程模型，非线程型的，预派生 的web服务器。prefork 适用于没有线程安全库，需要避免线程兼容性问题的系统。它是要求将每个请求相互独立的情况下最好的MPM，这样一个请求出现问题，不至于影响其他的请求。

      prefork模式使用多个子进程，每个子进程在某个确定的时间只能维持一个连接。在大多数平台上，Prefork MPM在效率上要比Worker MPM 要高，但是内存使用大的多。prefork在Linux下工作，比worker更有优势。

    一个单独的控制进程(父进程)负责生产子进程，这些子进程用于监听请求并作出应答。apache 总是试图保持一个备用的(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，父进程通常是以root 身份运行以便绑定80端口，而apache生产的子进程通常一个低特权的用户运行。User和Group指令用于配置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用读取的权限，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。

    当httpd服务启动之后，会启动一个主进程（master process）,它负责监听用户请求，以及派生和销毁子进程。它并不处理用户请求，一旦请求来了之后，调度其子进程（work process）来响应，然后继续监听其他请求。

    需要考虑的是：刚启动的时候，创建多少空闲进程呢？为了快速响应用户请求，会创建几个空闲进程，当请求来了，可以快速的响应。如果请求太多，那么则会派生更多的进程来响应请求，但是假设到了晚上，访问量不大时，我们应该把多余的空闲进程回收，以免占用资源。

master process的主要作用：

1、启动服务时绑定特权端口

2、派发和回收子进程

3、读取分析主配置文件

4、监听用户请求并且调度子进程来响应

配置：编辑主配置文件 /etc/httpd/conf/httpd.conf

# prefork MPM
<IfModule prefork.c>       # 判断是否有prefork.c这个模块,有就生效,否则无效
StartServers      8     # 服务初始化的工作进程数（work process）
MinSpareServers    5     # 保持的最少空闲进程数
MaxSpareServers     20    # 保持的最大空闲进程数
ServerLimit      256    # 保持的最大活动进程数，设定MaxClients的上限值
MaxClients       256    # 最大并发连接数
MaxRequestsPerChild  4000   # 每个子进程在生命周期能服务的最大请求数
</IfModule>

    IfModule 指令，意为判断模块是否存在，如果存在那么参数则生效，反之如果不存在此模块，参数将不会生效。

StartServer 8

   指定服务器启动是建立的子进程的数量，prefork 默认为5。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。

MinSpareServers 5 

     指定维持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 将以每秒一个的速度产生新的子进程。此参数不要设置的太大。举个例子：MinSpareServers 限定为5个，当有4个请求来了之后， 8 - 4 还剩4个，那么为了维持5个MinSpareServers, 就必须再创建一个子进程。

MaxSpareServers 20

      设置保持空闲进程的最大数量，默认为20。如果当前有超过MaxSpareServers数量的空闲子进程，那么父进程将杀死（kill）多余的子进程。此参数不要设置过大。如果该参数设置比MinSpareServers小，apache将会自动将其修改成"MinSpareServers+1”。如果站点负载较大，可考虑同时加大MinSpareServers和MaxSpareServers。

MaxClients 256

       限定同一时间客户端最大接入的数量(单个进程并发线程数）。默认为256，任何超过MaxClients限制的请求都会进入等候队列，一旦一个链接被释放，队列中的请求将得到服务。MaxClients的值不能超过 ServerLimit, 如果要增大这个值，必须同时增加ServerLimit.理论上来说这个值越大,性能就越好。最重要的值是MaxClients允许足够多的工作进程，同时又不会导致服务器当机。

    可通过查看httpd进程数：# ps -ef | grep httpd | wc -l，选择高峰期，结合当时服务器资源使用情况，来设置MaxClients。

ServerLimit 256

   默认的MaxClient最大是256个进程，假如想设置更大的值，就需要加上ServerLimit这个数。 200000是ServerLimit这个参数的最大值。假如需要更大，则必须编译apache，此前都是无需重新编译apache。生效前提是，必须放在其他指令的前面。

   要调整ServerLimit的值，首先必须关闭httpd服务，调整后再重启httpd。

MaxRequestsPerChild

       每个子进程在其生存期内允许伺服的最大请求数量（每一个子进程最多响应多少次请求）。默认为10000到达MaxRequestsPerChild的限制后，子进程将会结束。

       如果MaxRequestsPerChild 为0，子进程将永远不会结束。将MaxRequestsPerChild 设置成非零值有两个好处：

1. 可以防止(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。

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

我们看看httpd进程：

[root@localhost ~]# ps -ef | grep httpd
root     10692     1  0 20:17 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd    # master process
apache   10786 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10787 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10788 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10789 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10790 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10791 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10792 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd
apache   10793 10692  0 21:39 ?        00:00:00 /usr/sbin/httpd

    Prefork是一个进程处理一个请求,在启动httpd的时候,如果选择的是这种模式,会首先创建一个主进程(控制进程)和StartServers个子进程,可以看到StartServers为8个.由于进程和进程之间是独享内存的,所以一个进程崩溃了不会影响到其他的进程,所以Prefork模式的稳定性比较好,但是进程多了消耗的内存会比较大.

    主进程在创建了StartServers个子进程后,为了满足MinSpareServer的设置需求,会先创建一个进程,等待一秒,创建二个进程,再等待一秒,创建四个进程....以几何数增加创建的进程,最多达到每秒创建32个,直到满足MinSpareServer的设置(可以看到以下的MinSpareServer为5),这就是预派生(Prefork)的由来,这样不必等到有请求到来时才花时间创建新的进程,提高了系统响应速度以增加性能.

四、worker

  worker MPM 使用多个子进程，每个子进程有多个线程。每个线程在每个确定的时间只能维持一个连接。通常来说，在一个高流量的HTTP服务器上，Worker MPM 是个比较好的选择，因为Worker MPM 的内存使用比Prefork MPM 要低的多。但是worker MPM 也有缺陷。如果一个线程崩溃，整个进程就会连同其任何线程一起“死掉”，由于线程共享内存空间，所以一个程序在运行时必须被系统识别为 “每个线程都是安全的”。

    当第一个用户请求到达的时候线程发现需要复制文件，通过内核将文件复制给其进程，所以第二个用户请求同一个文件，对于第二个线程来说这个文件已存在，因为是公用同一个空间，所以速度得到提升；

    其缺点：线程很有可能产生资源争用，并不是全状态并行。所以一个进程里不能启动太多线程，所以可启动多个进程从其启动的进程再启多个线程，但无论如何每个线程也都是一个独立的执行实体（执行必须给cpu资源)

更改apache的MPM为woker模式

 我们是通过yum安装的httpd，它默认已经编译了prefork, worker两个MPM,所以我们可以切换。如果是手动编译的话， 我们仅能指定一个 --with-mpm=NAME。

/etc/init.d/httpd 是 httpd 服务的启动脚本，此脚本的配置文件为： /etc/sysconfig/httpd， 那么我们可以编辑配置文件/etc/sysconfig/httpd：

# vi /etc/sysconfig/httd
# 把下面这一行的注释去掉
HTTPD=/usr/sbin/httpd.worker

# 切换模式必须重启服务
# service httpd restart

worker默认的配置：

<IfModule worker.c> 如果有这个模块就启用
StartServers       4         # 初始化的子进程数
MaxClients        300        # 并发请求最大数
MinSpareThreads     25         # 最小空闲线程数total=所有进程的线程数加起来
MaxSpareThreads     75         # 最大空闲线程数 total
ThreadsPerChild     25         # 每个子进程可生成的线程数
MaxRequestsPerChild    0         # 每个子进程可服务的最大请求数,0表示不限制

[root@localhost ~]# ps -ef | grep httpd
root      2395   1   0 15:36 ?       00:00:00 /usr/sbin/httpd.worker 
apache    2397  2395  0 15:36 ?      00:00:00 /usr/sbin/httpd.worker
apache    2398  2395  0 15:36 ?      00:00:00 /usr/sbin/httpd.worker
apache    2399  2395  0 15:36 ?      00:00:00 /usr/sbin/httpd.worker

 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，每个线程处理一个请求,线程是共享内存空间的,所以一个线程崩溃会导致在这个进程下的所有线程都崩溃,所以他的稳定性没有Prefork好,但是内存使用率比Prefork低。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。

参数：
�CStartServer：服务器启动时一次性建立的子进程数量
�CMaxClients：设定apache同一时间处理的最大请求数量，这里是指最大线程数量，大小仍受ServerLimit限制且必须是ThreadsPerChild的倍数。
�CMinSpareThreads：设置最少的空闲线程数
�CMaxSpareServers：设置最大的空闲线程数，必须大于等于MinSpareThreads加上ThreadsPerChild的和（因为每个子进程拥有的线程数是固定的）
�CThreadsPerChild：每个子进程建立的常驻线程，之后不会再创建新的线程。大小受ThreadLimit限制。
�CMaxRequestsPerChild：每个子进程最多处理的请求数量，同prefork的一样
�CServerLimit：服务器允许配置的进程数上限，和ThreadLimit共同限制MaxClients（MaxClients <= ServerLimit *ThreadsPerChild）。
�CThreadLimit：TreadsPerChild可以配置的线程数上限，默认为64。

根据网上一些测试数据，实际情况下还是选prefork工作模式较好。

　　MinSpareThreads和MaxSpareThreads的最大缺省值分别是25和75。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。MinSpareThreads,MaxSpareThreads  是总体的，所有进程所派生出来的线程数总数加起来

    ThreadsPerChild是worker 中影响性能最重要的一个指标,Worker模式下所能同时处理的请求总数是由StartServers总数乘以ThreadsPerChild的值决定的，应该大于等于MaxClients

总结：

  这些参数，如何设置才更合理呢？ 没有绝对的说法，我们必须根据实际需求进行配置，通过压力测试来调整，根据实际web服务器的压力进行动态调整，以取得一个良好的折中。

压力测试工具：

• LoadRunner

• ab        ab -c 100 -a 10000 http://localhost/index.html
  

参考：

http://blog.chinaunix.net/uid-20441206-id-3360689.html

http://blog.chinaunix.net/uid-17238776-id-4353851.html

http://www.cnblogs.com/ghj1976/archive/2011/01/11/1932764.html