高性能Web站点

高性能Web站点

概述一般而言，我们评估一个Web站点速度如何，通常先置身于用户的角度，访问该站点的一系列页面，体验等待时间。对于每个页面来说，等待时间从用户输入页面地址或点击跳转链接开始，一直持续到新的网页完整的展现出来。如何构建高性能Web站点，可以就一下几个方面进行着手。

1优化招数

服务器并发策略

1.这里的吞吐率特指Web服务器单位时间内处理的请求。

2.压力测试的前提：1>并发用户数 2>总请求数 3>请求资源描述

3.用户平均请求等待时间主要用户衡量服务器在一定 并发用户数的情况下，对于单个用户的服务器质量；而服务器平均请求处理时间与前者相比，则用于衡量服务器的整体服务质量，它其实就是吞吐率的倒数。

4.对http header中标记为Connection: Keep-Alive的请求，开启web服务器的 长连接支持。减少系统调用accept的次数，即减少建立连接的开销。

5.老调重弹，进程， 内核级线程和用户级线程在不同情况下的优劣。IO模型，mmap（内村映射），直接IO，例如sendfile syscall以及异步IO等。多路IO复用（select， poll，epoll and kqueue etc）

6.服务器并发策略

1> 一个进程处理一个连接，非阻塞IO。稳定性强，但context switch的开销随http request递增而快速增长。

2> 一个内核级线程处理一个连接，非阻塞IO， 多进程 多线程混合方式。Context switch的问题依然存在。理论上可以支持更多的 并发连接。

3>一个进程处理多个连接，非阻塞IO。（epoll， kqueue）lighttpd, nginx。支持并发性能强劲。 上述情况的适用范围不能一刀切，而且这里都是指单机并发，需根据实际情况（实际 并发数）来选择。通常，在 并发用户数较大的情况下，Web服务器使用什么样的并发策略，是影响最大 并发数的关键。

动态内存缓存

在实际应用中，动态内容缓存可能是使用得最多的技术，但是并不见得所有的动态内容都适合使用网页缓存，缓存带来的性能提升恰恰与有些 动态数据实时交互的需求形成矛盾，这就是一个权衡。

1. 缓存动态生成的html代码。

2. 把动态内容 静态化，直接缓存整个html文件。这样就可以直接访问缓存。这时的更新策略：

1>在数据更新时重新生成 静态化内容 2>定时重新生成静态化内容

3. 使用SSI（server side include）进行局部 静态化。但web server的SSI功能会对 静态文件的吞吐率有负面影响。

动态脚本加速

加快 脚本语言的执行速度；缓存 中间代码（opcode）以供复用。

浏览器缓存

减少http请求，充分利用浏览器的缓存。而webapp通过http协议（更具体位置就是http header）来与浏览器协商，那些东东浏览器可以使用其缓存即可。

1. Last-Modified/If-Modified-Since

2. ETag/If-None-Match

3.Expires + Cache-Control: max-age=<seconds>

1和2需要 浏览器和webserver交互后，有服务器端通知浏览器是否使用 浏览器缓存，而3则是在过期前直接使用浏览器缓存，这样就直接kill掉了http request。同时还需注意，在使用SSI的内容中，由于整个页面是服务器动态生成的，所以Last-Modified标记在不同的Web服务器中有不同的生成方法。

Web服务器缓存

这个第二点动态内存缓存有区别，前者更指缓存是否命中与否完全由应用程序决定，且缓存方式也有应用来决定；而后者更指有web服务器通过URL决定是否缓存命中，比如 静态内容或者更新不太频繁的动态内容就比较时候由其缓存。

反向代理缓存

Web服务器隐藏在 代理服务器之后。这种代理机制称为反向代理（Reverse proxy），同时，实现这种机制的服务器便成为反向代理服务器。隐藏在反向代理服务器之后的Web服务器，我们习惯称它为后端服务器（Back-end server），当然，反向代理服务器就被称为前端服务器(Front-end server)。

引入反向代理服务器的目的之一就是基于 缓存的加速。我们可以将内容缓存在反向代理服务器上，所有缓存机制的实现仍然采用HTTP/1.1协议。

缓存命中率和后端吞吐率的理想技术模型

缓存丢失率=（活跃内容数/（实际吞吐率×平均缓存有效期））×100%

缓存命中率= 1-缓存丢失率 后端吞吐率= 活跃内容数/平均缓存有效期

缓存命中率= （1-（后端吞吐率/实际吞吐率））×100%

后端吞吐率 = （1 – 缓存命中率）×实际吞吐率

结论： 1. 活跃内容数和平均缓存有效期一定的情况下， 缓存命中率与实际吞吐率成正比。

2. 实际吞吐率和平均缓存有效期一定的情况下， 缓存命中率与活跃内容数成反比。

3. 活跃内容数和实际吞吐率一定的情况下， 缓存命中率与平均缓存有效期成正比。

4. 活跃内容数一定的情况下，后端吞吐率与平均缓存有效期成反比。

5. 平均缓存有效期一定的情况下，后端吞吐率与活跃内容数成正比。

6. 缓存命中率的变化不一定会影响后端吞吐率。

7. 后端吞吐率的变化不一定会影响 缓存命中率。

ESI – Edge Side Include类似与SSI，但不在webserver端组装内容，而是在http 代理服务器上组装内容，包括 反向代理。在处理只有局部更新动态内容时AJAX是更好的原则，它不依赖与底层webserver的实现，但ESI的优势在于再有多个后端服务器的情况下，变可以避免多个后端的重复组装，减少总工作量。

Web组件分离

从以下几个方面来看Web组件的差异：

1. 文件大小

2. 文件数量

3. 内容更新频率

4. 预计 并发用户数

5. 是否需要 脚本 解释器

6. 是否涉及大量CPU计算

7. 是否访问数据库

8. 访问数据库的主要操作是读还是写

9. 是否包含RPC

对每种类型的Web组件采取不同的优化方式（一种或多种）：

1. 是否使用epoll模型

2. 是否使用sendfile() syscall

3. 是否使用异步IO

4. 是否支持HTTP 持久连接（http keep-alive）

5. 是否需要opcode 缓存

6. 是否使用动态内容 缓存以及有效期为多长

7. 是否使用Web服务器 缓存以及有效期为多长

8. 是否使用 浏览器缓存以及有效期为多长

9. 是否使用 反向代理缓存以及有效期为多长

10. 是否使用 负载均衡策略

按照Web组件的不同类型将其放在不同的二级域名/机器/不同类型的WebServer

同时，还需考虑到不同的浏览器对同一个域名下的访问有多大 并发数限制，而使用多个域名。

IE6，7 2(http/1.1)

IE8 6(http/1.1)

Firefox2 2(http/1.1)

Firefox3 6(http/1.1)

发挥各自的潜力

对于动态内容：开启opcode缓存，使用足够快的CPU，足够大的内存， 多进程以及与数据库保持高速连接

对于静态内容：支持epoll，非阻塞IO，异步IO，使用sendfile，单进程（对于IO密集型任务， 多进程无法发挥优势），使用高速 磁盘，使用RAID

对于image, css and script分配合理设置其过期时间(expires)

分布式缓存

使用分布式缓存避免 应用服务器的内存缓存瓶颈，使其更易于扩展。当使用多台 应用服务器时，分布式缓存易于内容共享。

数据库性能优化（泛泛而谈）

1.合理的执行计划，包括合理使用索引

2.使用 慢查询分析工具，找出执行很慢的sql并优化之。

3.合理的数据库缓存，索引缓存， 数据缓存等

4.更具实际需求选择合理的数据库引擎或数据库

5.反范式化设计，对查询带来优化，但增加写和更新的工作量。

6.放弃 关系型数据库，针对实际情况，读写要求极高时 数据库扩展： 读写分离，按业务实施合理的 垂直分区，对热点表进行 水平分区。

Web负载均衡

DNS负载均衡

需要DNS服务商提供该功能，且DNS记录存在缓存，无法及时修改，带来更新延迟。

反向代理负载均衡

HTTP重定向和DNS解析在请求的调度上体现在“转发”上，而其则体现在“转移”。

任何对于实际服务器的http请求都必须经过调度器；调度器必须等待实际服务器的http响应，并将它反馈给用户。

由于调度策略在自己手中，就可以使用诸如按照权重进行调度等策略。也可以对个 应用服务器进行健康监控，对无效服务器不在把请求转移给它；还可以实现sticky sessions。

作为 负载均衡调度器的反向代理服务器在扩展上的制约，反向代理服务器的处理能力制约了整个集群的处理能力，其次，容易出现 单点故障

IP负载均衡

Netfilter+ IPVS

用iptables修改Netfilter规则，进行基于IP的tcp包转发，也即调度。 IPVS（IP Virtual Server）也成为LVS(Linux Virtual Server)。

两者结合的具体策略有 1. LVS + NAT

2. LVS + DR

2其他编辑

内容分发和同步 WebDAV rsync etc

分布式文件系统

分布式计算

十二 性能监控

工具列表：

1. MRTG 网卡流量报告，可以获取实际带宽（Max Speed），它便是从 交换机接收端口获得的最大接收速度，同时也是该主机的最大数据发送速度。

2. apache ab 通过http进行压力测试

3. *nix中的strace， 追踪系统调用

4. 优秀的web server： apache， lighttpd， nginx

5. 反向代理:varnish

6. msyql工具： mysqlreport 数据库状态信息报表 mysql-proxy 数据库 反向代理 spock-proxy 分区反向代理

7. Nmon OS实时监控

8. Cacti 系统监控

9. 监控宝 响应时间监控

10. 分布式缓存 memcached</seconds>