為什麼 Nginx 比 Apache 更牛逼

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Nginx才短短幾年，就拿下瞭Web服務器大壁江山，眾所周知，Nginx在處理大並發靜態請求方面，效率明顯高於Httpd，甚至能輕松解決C10K問題。

在高並發連接的情況下，Nginx是Apache服務器不錯的替代品。Nginx同時也可以作為7層負載均衡服務器來使用。根據我的測試結果，Nginx + PHP(FastCGI) 可以承受3萬以上的並發連接數，相當於同等環境下Apache的10倍。

一般來說，4GB內存的服務器+Apache（prefork模式）一般隻能處理3000個並發連接，因為它們將占用3GB以上的內存，還得為系統預留1GB的內存。我曾經就有兩臺Apache服務器，因為在配置文件中設置的MaxClients為4000，當Apache並發連接數達到3800時，導致服務器內存和Swap空間用滿而崩潰。

而這臺 Nginx + PHP(FastCGI) 服務器在3萬並發連接下，開啟的10個Nginx進程消耗150M內存（15M*10=150M），開啟的64個php-cgi進程消耗1280M內存（20M*64=1280M），加上系統自身消耗的內存，總共消耗不到2GB內存。如果服務器內存較小，完全可以隻開啟25個php-cgi進程，這樣php-cgi消耗的總內存數才500M。

在3萬並發連接下，訪問Nginx+ PHP(FastCGI) 服務器的PHP程序，仍然速度飛快。

為什麼Nginx在處理高並發方面要優於httpd，我們先從兩種web服務器的工作原理以及工作模式說起。

一、Apache三種工作模式

我們都知道Apache有三種工作模塊，分別為：prefork、worker、event。

  • prefork： 多進程，每個請求用一個進程響應，這個過程會用到select機制來通知。
  • worker： 多線程，一個進程可以生成多個線程，每個線程響應一個請求，但通知機制還是select不過可以接受更多的請求。event： 基於異步I/O模型，一個進程或線程，每個進程或線程響應多個用戶請求，它是基於事件驅動（也就是epoll機制）實現的。

1、prefork的工作原理

如果不用“–with-mpm”顯式指定某種MPM，prefork就是Unix平臺上缺省的MPM。它所采用的預派生子進程方式也是 Apache1.3中采用的模式。

prefork本身並沒有使用到線程，2.0版使用它是為瞭與1.3版保持兼容性；另一方面，prefork用單獨的子進程來處理不同的請求，進程之間是彼此獨立的,這也使其成為最穩定的MPM之一。

2、worker的工作原理

相對於prefork，worker是2.0版中全新的支持多線程和多進程混合模型的MPM。由於使用線程來處理，所以可以處理相對海量的請求，而系統資源的開銷要小於基於進程的服務器。

但是，worker也使用瞭多進程,每個進程又生成多個線程，以獲得基於進程服務器的穩定性，這種MPM的工作方 式將是Apache2.0的發展趨勢。

3、event 基於事件機制的特性

一個進程響應多個用戶請求，利用callback機制，讓套接字復用，請求過來後進程並不處理請求，而是直接交由其他機制來處理，通過epoll機制來通知請求是否完成；在這個過程中，進程本身一直處於空閑狀態，可以一直接收用戶請求。可以實現一個進程程響應多個用戶請求。支持持海量並發連接數，消耗更少的資源。

二、如何提高Web服務器的並發連接處理能力

有幾個基本條件：

1、基於線程，即一個進程生成多個線程，每個線程響應用戶的每個請求。

2、基於事件的模型，一個進程處理多個請求，並且通過epoll機制來通知用戶請求完成。

3、基於磁盤的AIO（異步I/O）

4、支持mmap內存映射，mmap傳統的web服務器，進行頁面輸入時，都是將磁盤的頁面先輸入到內核緩存中，再由內核緩存中復制一份到web服務器上，mmap機制就是讓內核緩存與磁盤進行映射，web服務器，直接復制頁面內容即可。不需要先把磁盤的上的頁面先輸入到內核緩存去。

剛好，Nginx 支持以上所有特性。所以Nginx官網上說，Nginx支持50000並發，是有依據的。

三、Nginx優異之處

傳統上基於進程或線程模型架構的Web服務通過每進程或每線程處理並發連接請求，這勢必會在網絡和I/O操作時產生阻塞，其另一個必然結果則是對內存或CPU的利用率低下。

生成一個新的進程/線程需要事先備好其運行時環境，這包括為其分配堆內存和棧內存，以及為其創建新的執行上下文等。這些操作都需要占用CPU，而且過多的進程/線程還會帶來線程抖動或頻繁的上下文切換，系統性能也會由此進一步下降。

另一種高性能web服務器/Web服務器反向代理：Nginx，Nginx的主要著眼點就是其高性能以及對物理計算資源的高密度利用，因此其采用瞭不同的架構模型。受啟發於多種操作系統設計中基於“事件”的高級處理機制，Nginx采用瞭模塊化、事件驅動、異步、單線程及非阻塞的架構，並大量采用瞭多路復用及事件通知機制。

在Nginx中，連接請求由為數不多的幾個僅包含一個線程的進程Worker以高效的回環(run-loop)機制進行處理，而每個Worker可以並行處理數千個的並發連接及請求。

四、Nginx 工作原理

Nginx會按需同時運行多個進程：一個主進程(master)和幾個工作進程(worker)，配置瞭緩存時還會有緩存加載器進程(cache loader)和緩存管理器進程(cache manager)等。所有進程均是僅含有一個線程，並主要通過“共享內存”的機制實現進程間通信。主進程以root用戶身份運行，而worker、cache loader和cache manager均應以非特權用戶身份運行。

在高連接並發的情況下，Nginx是Apache服務器不錯的替代品。

Nginx 安裝非常的簡單 , 配置文件非常簡潔（還能夠支持perl語法）,Bugs 非常少的服務器: Nginx 啟動特別容易, 並且幾乎可以做到7*24不間斷運行，即使運行數個月也不需要重新啟動. 你還能夠 不間斷服務的情況下進行軟件版本的升級 。

五、Nginx 的誕生主要解決C10K問題

最後我們從各自使用的多路復用IO模型來分析：

1、select模型：（apache使用，由於受模塊等限制，用的不多）；

單個進程能夠 監視的文件描述符的數量存在最大限制；

select()所維護的 存儲大量文件描述符的數據結構 ，隨著文件描述符數量的增長，其在用戶態和內核的地址空間的復制所引發的開銷也會線性增長；

由於網絡響應時間的延遲使得大量TCP連接處於非活躍狀態，但調用select()還是會對 所有的socket進行一次線性掃描 ，會造成一定的開銷；

2、poll：poll是unix沿用select自己重新實現瞭一遍，唯一解決的問題是poll 沒有最大文件描述符數量的限制；

3、epoll模型：（Nginx使用）

epoll帶來瞭兩個優勢，大幅度提升瞭性能：

1）基於事件的就緒通知方式 ，select/poll方式，進程隻有在調用一定的方法後，內核才會對所有監視的文件描述符進行掃描，而epoll事件通過epoll_ctl()註冊一個文件描述符，一旦某個文件描述符就緒時，內核會采用類似call back的回調機制，迅速激活這個文件描述符，epoll_wait()便會得到通知

2）調用一次epoll_wait()獲得就緒文件描述符時，返回的並不是實際的描述符，而是一個代表就緒描述符數量的值，拿到這些值去epoll指定的一個數組中依次取得相應數量的文件描述符即可，這裡使用內存映射（mmap）技術， 避免瞭復制大量文件描述符帶來的開銷

3）當然epoll也有一定的局限性， epoll隻有Linux2.6才有實現 ，而其他平臺都沒有，這和apache這種優秀的跨平臺服務器，顯然是有些背道而馳瞭。

4）簡單來說epoll是select的升級版，單進程管理的文件描述符沒有最大限制。但epoll隻有linux平臺可使用。作為跨平臺的Apache沒有使用

來源：http://codebay.cn/post/8557.html

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