LAMP 系统性能调优,第 2 部分: 优化 Apache 和 PHP

简介: 如今,使用 LAMP(Linux®、Apache、MySQL 和 PHP/Perl)架构的应用程序不断被开发和部署。但是,服务器管理员常常对应用程序本身几乎没有控制能力,因为应用程序是别人编写的。这份 共三部分的系列文章 将讨论许多服务器配置问题,这些配置会影响应用程序的性能。第二篇文章重点讨论可为优化 Apache 和 PHP 而采取的措施。

Linux、Apache、MySQL 和 PHP(或 Perl)是许多 Web 应用程序的 LAMP 架构的基础。有很多基于 LAMP 组件的开源软件包可用于解决各种各样的问题。随着应用程序负载的增加,底层基础设施的瓶颈也会越来越明显,其表现形式就是响应用户请求的速度变慢。 上一篇文章 展示了调优 Linux 系统的方法,还介绍了 LAMP 和性能度量的基础知识。本文重点关注 Web 服务器组件:Apache 和 PHP。

调优 Apache

Apache 是一种高度可配置的软件。它具有大量特性,但每一种都代价高昂。从某种程度上来说,调优 Apache 来说就是以恰当的方式分配资源,还涉及到将配置简化为仅包含必要内容。

配置 MPM

Apache 是模块化的,因为可以轻松添加和移除特性。在 Apache 的核心,多处理模块(Multi-Processing Module,MPM)提供了这种模块化功能性 —— 管理网络连接、调度请求。MPM 使您能够使用线程,甚至能够将 Apache 迁移到另外一个操作系统。

每次只能有一个 MPM 是活动的,必须使用 --with-mpm=(worker|prefork|event) 静态编译。

每个请求使用一个进程的传统模型称为 prefork。较新的线程化模型称为 worker,它使用多个进程,每个进程又有多个线程,这样就能以较低的开销获得更好的性能。最新的 event MPM 是一种实验性的模型,为不同的任务使用单独的线程池。要确定当前使用的是哪种 MPM,可执行 httpd -l

选择使用何种 MPM 取决于许多因素。在 event MPM 脱离实验状态之前,不应考虑这种模型,而是在使用线程和不使用线程之间作出选择。表面上看来,如果所有底层模块(包括 PHP 使用的所有库)都是线程安全的,线程要优于分叉(forking)。而 Prefork 是较为安全的选择;如果选择了 worker,则应该谨慎测试。性能收益还取决于您的发布版所附带的库及硬件。

无论选择了哪种 MPM,都必须恰当地配置它。一般而言,配置 MPM 包括告知 Apache 怎样去控制有多少 worker 正在运行,它们是线程还是进程。prefork MPM 的重要配置选项如清单 1 所示。
清单 1. prefork MPM 的配置

                
StartServers       50
MinSpareServers   15
MaxSpareServers   30
MaxClients       225
MaxRequestsPerChild  4000

编译您自己的软件

最初使用 UNIX® 时,我坚持为加入系统的一切编译软件。最终,维护更新给我带来了麻烦,所以我学会了如何构建包来简化这一任务。后来我意识到,大多数时候我都在重复做发布 版做过的事情。现在,在很大程度上来说,我会尽可能坚持使用我所选择的发布版提供的一切,仅在必要的时候使用自己的包。

类似地,您可能会发现,就可维护性而言,使用厂商提供的软件包要优于使用最新、最棒的代码。有些时候,性能调优和系统管理的目标会有所冲突。如果使用商业版的 Linux 或依赖于第三方支持,那么可能不得不考虑厂商的支持。

如果您一意孤行,那么请学会如何构建能与您的发布版协同工作的包,请学会如何将其集成到补丁系统之中。这将确保软件,以及您作出的任何更改得到一致的构建,且能跨多个系统使用。还应订阅恰当的邮件列表和 RSS 提要来及时获得软件更新。

prefork 模型会为每个请求创建一个新进程。多余的进程保持空闲,以处理传入的请求,这缩短了启动延迟。只要 Web 服务器出现,预先完成的配置就会立即启动 50 个进程,并尽力保持 10 到 20 个空闲服务器运行。进程数的硬性限制由 MaxClients 指定。尽管一个进程能够处理许多相继的请求,Apache 还是会取消连接数超过 4,000 以后的进程,这降低了内存泄漏的风险。

配置线程化 MPM 与之类似,不同之处只是必须确定使用多少线程和进程。Apache 文档解释了所有必要的参数和计算。

要经过几次尝试和出错之后才能选好要使用的值。最重要的值是 MaxClients。目标在于允许足够多的 workder 进程或线程运行,同时又不会导致服务器进行过度的交换。如果传入的请求超出处理能力,那么至少满足此值的那些请求会得到服务,其他请求被阻塞。

如果 MaxClients 过高,那么所有客户机都将体验到糟糕的服务,因为 Web 服务器会试图换出一个进程,以使另一个进程能够运行。而设得过低意味着可能会不必要地拒绝服务。查看高负载下运行的进程数量和所有 Apache 进程所导致的内存占用情况对设置这个值很有帮助。如果 MaxClients 的值超过 256,必须将 ServerLimit 也设为同样的数值,请仔细阅读 MPM 的文档,了解相关信息。

根据服务器的角色调优要启动和保持空闲的服务器数量。如果服务器仅运行 Apache,那么可以使用适中的值,如 清单 1 所示,因为这样就能充分利用机器。如果系统中还有其他数据库或服务器,那么就应该限制运行中的空闲服务器的数量。

有效地使用选项和重写

Apache 处理的每个请求都要履行一套复杂的规则,这些规则指明了 Web 服务器必须遵循的约束或特殊指令。对文件夹的访问可能按 IP 地址约束为某个特定文件夹,也可配置用户名和密码。这些选项还包含处理特定文件,例如,如果提供了一个目录列表,该如何处理的文件,或输出结果是否应压 缩。

这些配置以 httpd.conf 中容器的形式出现,例如 <Directory>,以便指定所用配置引用的是磁盘上的一个位置;再如 <Location>,表示引用是 URL 中的路径。清单 2 展示了一个实际的 Directory 容器。
清单 2. 为根目录应用的一个 Directory 容器

                
<Directory />
    AllowOverride None
    Options FollowSymLinks
</Directory>

在清单 2 中,位于一对 Directory/Directory 标记之间的配置应用于给定目录和该目录下的一切内容 —— 在本例中,这个给定目录是根目录。此处,AllowOverride 标记指出,用户不允许重写任何选项(稍后将进一步介绍)。FollowSymLinks 选项被启用,它允许 Apache 查看之前的符号连接来为请求提供服务,即便文件位于包含 Web 文件的目录之外。这就意味着,如果 Web 目录中的一个文件是 /etc/passwd 的符号连接,Web 服务器将在请求时顺利为该文件提供服务。如果使用了 -FollowSymLinks,该特性就会被禁用,同样的请求将致使为客户机返回错误。

最后这个场景正是导致两方面关注的原因所在。第一个方面与性能有关。如果禁用了 FollowSymLinks,Apache 就必须检查使用该文件名的所有组件(目录和文件本身),以确保它们不是符号连接。这会带来额外的开销(磁盘操作)。另外一个称为 FollowSymLinksIfOwnerMatch 的选项会在文件所有者与连接所有者相同时使用符号连接。为获得最佳性能,请使用 清单 2 中的选项。

至此,有安全意识的读者应该有了警惕的感觉。安全性永远是功能性与风险之间的权衡。在我们的例子中,功能性是速度,而风险 是允许对系统上的文件进行未经授权的访问。缓解风险的措施之一是 LAMP 应用服务器通常专注于一种具体功能,用户无法创建危险的符号连接。如果有必要启用符号连接,那么可以将其约束在文件系统的特定区域,如清单 3 所示。
清单 3. 将 FollowSymLinks 约束为一个用户的目录

                
<Directory />
   Options FollowSymLinks
</Directory>

<Directory /home/*/public_html>
   Options -FollowSymLinks
</Directory>

在清单 3 中,一个用户的主目录中的任何 public_html 目录及其所有子目录都移除了 FollowSymLinks 选项。

如您所见,通过主服务器配置,可为每个目录单独配置选项。用户可以自行重写这种服务器配置(如果管理员通过 AllowOverrides 语句允许了这种操作),只需将一个 .htaccess 文件放入目录即可。该文件包含额外的服务器指令,每次请求包含 .htaccess 文件的目录时将加载并应用这些指令。尽管之前探讨过系统没有用户的问题,但许多 LAMP 应用程序都利用这种功能性来控制访问、实现 URL 重写,因此有必要理解其工作原理。

即便 AllowOverrides 语句能阻止用户去做您不希望他们做的事,Apache 也必须检查 .htaccess 文件,看看是否有要完成的工作。父目录可以指定由来自子目录的请求处理的指令,这也就表示,Apache 必须搜索所请求文件的目录树的所有组件。可想而知,这会使每次请求都导致大量磁盘操作。

最简单的解决方案是不允许重写,这能消除 Apache 检查 .htaccess 的需求。之后的任何特殊配置都将直接放在 httpd.conf 中。清单 4 显示为对一个用户的项目目录进行密码检查向 httpd.conf 增加的代码,而不是将其放入一个 .htaccess 文件并依赖于 AllowOverrides
清单 4. 将 .htaccess 配置移入 httpd.conf

                
<Directory /home/user/public_html/project/>
  AuthUserFile /home/user/.htpasswd
  AuthName "uber secret project"
  AuthType basic
  Require valid-user
</Directory>

如果配置转移到 httpd.conf 中,且 AllowOverrides 被禁用,磁盘的使用就能减少。一个用户的项目可能不会吸引许多人来点击,但设想一下,将这项技术应用于一个忙碌的站点时会有多么强大。

有时不可能彻底消除 .htaccess 文件的使用。例如,在清单 5 中,一个选项被约束到文件系统的特定部分,重写也可以是有作用域的。
清单 5. 限定 .htaccess 检查的作用域

                
<Directory />
  AllowOverrides None
</Directory>

<Directory /home/*/public_html>
  AllowOverrides AuthConfig
</Directory>

实现清单 5 之后,Apache 会在父目录中查找 .htaccess 文件,但会在 public_html 目录处停止,因为文件系统的其余部分禁用了此功能。例如,如果请求的是一个映射到 /home/user/public_html/project/notes.html 的文件,那么仅有 public_html 和 project 目录被搜索。

关于每目录单独配置的最后一个提示就是:要按顺序依次进行。任何介绍 Apache 调优的的文章都会告诉您,应通过 HostnameLookups off 指令禁用 DNS 查找,因为试图反向解析连接到您的服务器的所有 IP 地址无疑是浪费资源。然而,基于主机名的任何约束都会迫使 Web 服务器对客户机的 IP 地址执行反向查找,对其结果进行正向查找,以验证该名称的真实性。因此,避免使用基于客户主机名的访问控制,在必须使用时限定其作用域,这些都是明智的做 法。

持久连接

一个客户机连接到 Web 服务器时,允许客户机通过同一个 TCP 连接发出多个请求,这减少了与多个连接相关的延迟。在一个 Web 页面引用了多幅图片时,这就很有用:客户机可以通过一个连接先请求页面,再请求所有图片。其缺点在于服务器上的 worker 进程必须等待客户机要关闭的会话,之后才能转到下一个请求。

Apache 使您能够配置如何处理持久连接(称为 keepalives)。httpd.conf 全局级的 KeepAlive 5 允许服务器在连接强制关闭之前处理一个连接上的 5 个请求。将此值设置为 0 将禁用持久连接。同样位于全局级上的 KeepAliveTimeout 确定在会话关闭之前,Apache 将等待另外一个连接多久。

持久连接的处理并非 “一刀切” 式的配置。对于某些 Web 站点,禁用 keepalives 更合适(KeepAlive 0);而对于其他一些站点,启用它会带来巨大的收益。惟一的解决之道就是尝试使用这两种配置,自己观察哪种更合适。但若启用了 keepalives,使用较小的超时时间较为明智,例如 2,即 KeepAliveTimeout 2。这能确保希望发出另外一个请求的客户机有充足的时间,还能确保 worker 进程不会一直空闲,等待可能永远不会出现的下一个请求。

压缩

Web 服务器能够在将输出发回给客户机之前压缩它。这将使通过 Internet 发送的页面更小,代价是 Web 服务器上的 CPU 周期。对于那些负担得起 CPU 开销的服务器来说,这是提高页面下载速度的好办法 —— 页面压缩后大小变为原来的三分之一这种事情并不罕见。

图片通常已经是压缩过的,因此压缩应仅限于文本输出。Apache 通过 mod_deflate 提供压缩。尽管 mod_deflate 可轻松启用,但它涉及到太多的复杂性,很多手册都解释了这些复杂的内容。本文不会介绍压缩的配置,但提供了相应文档的链接(参见 参考资料 部分)。

调优 PHP

PHP 是运行应用程序代码的引擎。应该仅安装计划使用的那些模块,并配置您的 Web 服务器,使之仅为脚本文件(通常是以 .php 结尾的那些文件)使用 PHP,而非所有静态文件。

操作码缓存

请求一个 PHP 脚本时,PHP 会读取该脚本,并将其编译为 Zend 操作码,这是要执行的代码的一种二进制表示形式。随后,此操作码由 PHP 执行并丢弃。操作码缓存将保存这个编译后的操作码,并在下一次调用该页面时重用它。这会节省很多时间。有多种缓存可用,我比较常用的是 eAccelerator。

要安装 eAccelerator,您的计算机上需要有 PHP 开发库。由于不同的 Linux 发布版存放文件的位置不同,所以最好直接从 eAccelerator 的 Web 站点获得安装说明(参见 参考资料 部分获得链接)。您的发布版也有可能已经包含了一个操作码缓存,只需安装即可。

无论如何在系统上安装 eAccelerator,都有一些配置选项需要注意。配置文件通常是 /etc/php.d/eaccelerator.ini。eaccelerator.shm_size 定义共享高速缓存的大小,编译后的脚本就存储在这里。该值的单位是兆字节(MB)。根据您的应用程序确定恰当的大小。eAccelerator 提供了一个脚本来显示缓存的状态,其中包含内存占用,64MB 是个不错的选择(eaccelerator.shm_size="64")。如果您选择的值未被接受,那么必须修改内核的最大共享内存的大小。向 /etc/sysctl.conf 添加 kernel.shmmax=67108864,运行 sysctl -p 来使设置生效。kernel.shmmax 值的单位是字节。

如果共享内存的分配超出极限,eAccelerator 必须将旧脚本从内存中清除。默认情况下,这是被禁用的;eaccelerator.shm_ttl = "60" 指定:当 eAccelerator 用完共享内存时,60 秒内未被访问的所有脚本都将被清除。

另一种流行的 eAccelerator 替代工具是 Alternative PHP Cache(APC)。Zend 的厂商也提供了一种商业操作码缓存,包括一个进一步提高效率的优化器。

php.ini

PHP 的配置是在 php.ini 中完成的。四个重要的设置控制 PHP 可使用多少系统资源,如表 1 所列。
表 1. php.ini 中与资源相关的设置

设置 描述 建议值
max_execution_time 一个脚本可使用多少 CPU 秒 30
max_input_time 一个脚本等待输入数据的时间有多长(秒) 60
memory_limit 在被取消之前,一个脚本可使用多少内存(字节) 32M
output_buffering 数据发送给客户机之前,有多少数据(字节)需要缓存 4096

具体数字主要取决于您的应用程序。如果要从用户处接收大文件,那么 max_input_time 可能必须增加,可以在 php.ini 中修改,也可以通过代码重写它。与之类似,CPU 或内存占用较多的程序也可能需要更大的设置值。目标就是缓解超标程序的影响,因此不建议全局禁用这些设置。关于 max_execution_time,还有一点需要注意:它表示进程的 CPU 时间,而不是绝对时间。因此一个进行大量 I/O 和少量计算的程序的运行时间可能远远超过 max_execution_time。这也是 max_input_time 可以大于 max_execution_time 的原因所在。

PHP 可执行的日志记录数是可配置的。在生产环境中,禁用除最重要的日志以外的一切日志记录能够减少磁盘写操作。如果需要使用日志来排除问题,那么可以按需启用日志记录。error_reporting = E_COMPILE_ERROR|E_ERROR|E_CORE_ERROR 将启用足够的日志记录,使您发现问题,同时从脚本中消除大量无用的内容。

结束语

本文重点探讨 Web 服务器的调优,包括 Apache 和 PHP。对于 Apache,总体的想法是消除 Web 服务器必须执行的多余检查,例如处理 .htaccess 文件。还必须调优所用的多处理模块,以便在使用的系统资源和可供传入请求使用的空闲 worker 之间找到平衡。对于 PHP,最好的事情就是安装一个操作码缓存。密切注意几个资源设置也能确保脚本不会浪费系统资源,不会减慢系统处理其他任务的速度。

本系列的下一篇也是最后一篇文章将介绍 MySQL 数据库的调优。请继续关注!

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