从Nginx、Apache工作原理看为什么Nginx比Apache高效

Nginx才短短几年，就拿下了web服务器大笔江山，众所周知，Nginx在解决大并发静态请求方面，效率显著高于httpd，甚至能轻松处理C10K问题。

在高并发连接的情况下，Nginx是Apache服务器不错的替代品。Nginx同时也可以作为7层负载均衡服务器来使用。根据我的测试结果，Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 可以承受3万以上的并发连接数，相当于同等环境下Apache的10倍。

一般来说，4GB内存的服务器+Apache（prefork模式）一般只能解决3000个并发连接，由于它们将占用3GB以上的内存，还得为系统预留1GB的内存。我曾经就有两台Apache服务器，由于在配置文件中设置的MaxClients为4000，当Apache并发连接数达到3800时，导致服务器内存和Swap空间用满而崩溃。

而这台 Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 服务器在3万并发连接下，开启的10个Nginx进程消耗150M内存（15M*10=150M），开启的64个php-cgi进程消耗1280M内存（20M*64=1280M），加上系统自身消耗的内存，总共消耗不到2GB内存。假如服务器内存较小，完全可以只开启25个php-cgi进程，这样php-cgi消耗的总内存数才500M。

在3万并发连接下，访问Nginx 0.7.14 + PHP 5.2.6 (FastCGI) 服务器的PHP程序，依然速度飞快。

为什么Nginx在解决高并发方面要优于httpd，我们先从两种web服务器的工作原理以及工作模式说起。

apache三种工作模式

我们都知道Apache有三种工作板块，分别为prefork、worker、event。

prefork：多进程，每个请求用一个进程响应，这个过程会用到select机制来通知。

worker：多线程，一个进程可以生成多个线程，每个线程响应一个请求，但通知机制还是select不过可以接受更多的请求。

event：基于异步I/O模型，一个进程或者线程，每个进程或者线程响应多个客户请求，它是基于事件驱动（也就是epoll机制）实现的。

prefork的工作原理

假如不用“–with-mpm”显式指定某种MPM,prefork就是Unix平台上缺省的MPM.它所采用的预派生子进程方式也是 Apache1.3中采用的模式。prefork本身并没有使用到线程，2.0版使用它是为了与1.3版保持兼容性；另一方面，prefork用单独的子进程来解决不同的请求，进程之间是彼此独立的,这也使其成为最稳固的MPM之一。

worker的工作原理

相对于prefork，worker是2.0版中全新的支持多线程和多进程混合模型的MPM。因为使用线程来解决，所以可以解决相对海量的请求，而系统资源的开销要小于基于进程的服务器。但是，worker也使用了多进程,每个进程又生成多个线程，以取得基于进程服务器的稳固性，这种MPM的工作方 式将是Apache2.0的发展趋势。

event 基于事件机制的特性

一个进程响应多个客户请求，利用callback机制，让套接字复用，请求过来后进程并不解决请求，而是直接交由其余机制来解决，通过epoll机制来通知请求能否完成；在这个过程中，进程本身一直处于空闲状态，可以一直接收客户请求。可以实现一个进程程响应多个客户请求。支持持海量并发连接数，消耗更少的资源。

如何提高Web服务器的并发连接解决能力

有几个基本条件：

1.基于线程，即一个进程生成多个线程，每个线程响应客户的每个请求。

2.基于事件的模型，一个进程解决多个请求，并且通过epoll机制来通知客户请求完成。

3.基于磁盘的AIO（异步I/O）

4.支持mmap内存映射，mmap传统的web服务器，进行页面输入时，都是将磁盘的页面先输入到内核缓存中，再由内核缓存中复制一份到web服务器上，mmap机制就是让内核缓存与磁盘进行映射，web服务器，直接复制页面内容就可。不需要先把磁盘的上的页面先输入到内核缓存去。

恰好，Nginx 支持以上所有特性。所以Nginx官网上说，Nginx支持50000并发，是有依据的。

Nginx优异之处

传统上基于进程或者线程模型架构的web服务通过每进程或者每线程解决并发连接请求，这势必会在网络和I/O操作时产生阻塞，其另一个必然结果则是对内存或者CPU的利用率低下。生成一个新的进程/线程需要事前备好其运行时环境，这包括为其分配堆内存和栈内存，以及为其创立新的执行上下文等。这些操作都需要占用CPU，而且过多的进程/线程还会带来线程抖动或者频繁的上下文切换，系统性能也会由此进一步下降。另一种高性能web服务器/web服务器反向代理商：Nginx（Engine X），nginx的主要着眼点就是其高性能以及对物理计算资源的高密度利用，因而其采用了不同的架构模型。受启发于多种操作系统设计中基于“事件”的高级解决机制，nginx采用了板块化、事件驱动、异步、单线程及非阻塞的架构，并大量采用了多路复用及事件通知机制。在nginx中，连接请求由为数不多的几个仅包含一个线程的进程worker以高效的回环(run-loop)机制进行解决，而每个worker可以并行解决数千个的并发连接及请求。

Nginx 工作原理

Nginx会按需同时运行多个进程：一个主进程(master)和几个工作进程(worker)，配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。所有进程均是仅含有一个线程，并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。主进程以root客户身份运行，而worker、cache loader和cache manager均应以非特权客户身份运行。

在高连接并发的情况下，Nginx是Apache服务器不错的替代品

Nginx 安装非常的简单 , 配置文件非常简洁（还能够支持perl语法）,Bugs 非常少的服务器: Nginx 启动特别容易, 并且几乎可以做到7*24不间断运行，即便运行数个月也不需要重新启动. 你还能够 不间断服务的情况下进行软件版本的更新 。

Nginx 的诞生主要处理C10K问题

最后我们从各自使用的多路复用IO模型来分析：

select模型：（apache使用，因为受板块等限制，用的不多）

单个进程能够 监视的文件形容符的数量存在最大限制

select()所维护的 存储大量文件形容符的数据结构 ，随着文件形容符数量的增长，其在客户态和内核的地址空间的复制所引发的开销也会线性增长

因为网络响应时间的推迟使得大量TCP连接处于非活跃状态，但调用select()还是会对 所有的socket进行一次线性扫描 ，会造成肯定的开销

poll：poll是unix沿用select自己重新实现了一遍，唯一处理的问题是poll 没有最大文件形容符数量的限制

epoll模型：（nginx使用）

epoll带来了两个优势，大幅度提升了性能：

基于事件的就绪通知方式 ，select/poll方式，进程只有在调用肯定的方法后，内核才会对所有监视的文件形容符进行扫描，而epoll事件通过epoll_ctl()注册一个文件形容符，一旦某个文件形容符就绪时，内核会采用相似call back的回调机制，迅速激活这个文件形容符，epoll_wait()便会得到通知

调用一次epoll_wait()取得就绪文件形容符时，返回的并不是实际的形容符，而是一个代表就绪形容符数量的值，拿到这些值去epoll指定的一个数组中依次获得相应数量的文件形容符就可，这里使用内存映射（mmap）技术， 避免了复制大量文件形容符带来的开销

当然epoll也有肯定的局限性， epoll只有Linux2.6才有实现 ，而其余平台都没有，这和apache这种优秀的跨平台服务器，显然是有些背道而驰了。

简单来说epoll是select的更新版，单进程管理的文件形容符没有最大限制。但epoll只有linux平台可使用。作为跨平台的Apache没有使用