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Apache服务的安装及工作模式介绍

博文大纲：

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  • 一、apache服务器的安装及功能介绍；
  • 二、Apache服务的三种工作模式详解；
  • 三、修改apache的工作模式；
  • 四、apache工作模式的优化与修改；
  • 五、进程与线程的区别。

前言

我们都知道Linux上常见的web服务器有：apache、nginx、tomcat！

其区别如下：

  • apache：模块化服务器，支持模块较多、采用servlet处理模型，同步阻塞模型，工作模式多变，对于高并发的场景处理速度会比较慢，运行稳定。
  • nginx：轻量级web服务器，自身支持模块较少，需要借助第三方模块支持，采用epoll处理模型，异步非阻塞型，适合高并发场景，配置简单。
  • tomcat：apache软件基金会下开源的子项目，也称为容器，主要处理java语言编写的页面，也可以处理html页面，并发连接小。

那么，这篇博文是来围绕着apache服务器来进行的。

一、apache服务器的安装及功能介绍

apache服务2.4版本功能介绍：

  • MPM支持在运行时装载，支持envet工作模式；
  • 支持异步读写；
  • 每个模块可以指定输出的日志级别 ；
  • 增强版的表达式分析器，通过正则匹配表达式，做动静分离 .html .php；
  • 请求配置： ；
  • 毫秒级别的keep alive timeout；
  • 支持FQDN的虚拟主机 FQDN：全球限定域名，可以通过host主机名来定义虚拟主机；
  • 支持自定义变量；

相关概念，有所了解即可，下面开始安装。

安装前准备：

  • 下载我提供的依赖包，并上传至web服务器。
  • web服务器为centos 7.X版本

1、开始安装：

[root@apache ~]# rz           #xshell中，使用rz命令将下载的tar包上传至web服务器
#以下是将所有源码包解压缩
[root@apache ~]# tar zxf openssl-1.0.1u.tar.gz -C /usr/src
[root@apache ~]# tar zxf pcre-8.39.tar.gz -C /usr/src
[root@apache ~]# tar zxf zlib-1.2.8.tar.gz -C /usr/src
[root@apache ~]# tar zxf httpd-2.4.23.tar.gz -C /usr/src
[root@apache ~]# tar zxf apr-1.5.2.tar.gz -C /usr/src
[root@apache ~]# tar zxf apr-util-1.5.4.tar.gz -C /usr/src
#以下开始安装apache所需依赖包
[root@apache ~]# cd /usr/src/apr-1.5.2/
[root@apache apr-1.5.2]# ./configure --prefix=/usr/local/apr && make && make install
[root@apache apr-1.5.2]# cd ../apr-util-1.5.4/
[root@apache apr-util-1.5.4]# ./configure --prefix=/usr/local/apr-util --with-apr=/usr/local/apr && make && make install
[root@apache zlib-1.2.8]# cd ../zlib-1.2.8/
[root@apache zlib-1.2.8]# ./configure --prefix=/usr/local/zlib && make && make install
[root@apache pcre-8.39]# cd ../pcre-8.39/
[root@apache pcre-8.39]# ./configure --prefix=/usr/local/pcre && make && make install
[root@apache pcre-8.39]# cd ../openssl-1.0.1u/
[root@apache openssl-1.0.1u]# ./config -fPIC --prefix=/usr/local/openssl enable-shared && make && make install
#依赖安装完成后，开始安装http服务
[root@apache openssl-1.0.1u]# cd ../httpd-2.4.23/
[root@apache httpd-2.4.23]# ./configure --prefix=/usr/local/http-2.4.23 --enable-so --enable-cgi --enable-cgid --enable-ssl --with-ssl=/usr/local/openssl --enable-rewrite --with-pcre=/usr/local/pcre --with-z=/usr/local/zlib --with-apr=/usr/local/apr --with-apr-util=/usr/local/apr-util -enable-modules=most --enable-mods-shared=most --enable-mpms-shared=all --with-mpm=event --enable-proxy --enable-proxy-fcgi --enable-expires --enable-deflate && make && make install
[root@apache httpd-2.4.23]# cd /usr/local/http-2.4.23/bin/
[root@apache bin]# ln -sf /usr/local/http-2.4.23/bin/* /usr/local/bin/    #将apache的命令做软链接
[root@apache bin]# apachectl start            #启动apache服务，会提示以下信息，无所谓的。
#若想解决，只需在apache的主配置文件中添加域名即可
AH00558: httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using fe80::c94:cd92:5c18:a1. Set the 'ServerName' directive globally to suppress this message

至此，apache的网页就可以访问了。

关于安装apache服务时的配置项，相关解释如下：

  • --enable-so：打开dos支持，可以在编译完成后添加额外功能
  • --enable-cgi：开启cgi通用网管接口
  • --enable-cgid：开启cig通用网管接口管理程序
  • --enable-ssl：http加密传输协议，支持https协议。
  • --enable-rewrite：开启地址重写功能，用来实现防盗链
  • --with-服务名称=/PATH路径：指定安装时依赖服务的路径
  • --enable-mods-shared=most：在安装的过程中安装常用模块
  • --enable-mpms-shared=all：安装apache的所有工作模式
  • --enable-proxy：开启http代理功能
  • --enable-proxy-fcgi：支持fastcgi快速通用网关接口的fcgi协议
  • --enable-expires：支持缓存功能
  • --enable-deflate：支持压缩功能

安装至此就完成了，下面来谈谈apache服务的三种工作模式。

二、Apache服务的三种工作模式详解

apache服务的三种工作模式为：

  • prefork：预派生子进程；
  • worker：多进程+多线程；
  • event：多进程+多线程+epoll处理模型；

1、prefork工作模式：

prefork模式可以算是很古老但是很稳定的模式。apache在刚启动时，就预派生fork一些子进程（默认为5个），每个子进程只有一个线程，然后等待请求进来，并且总是试图保持一些空闲的子进程，之所以这样做，是为了减少频繁创建和销毁进程的开销。每个子进程中只有一个线程，在一个时间点内，一个线程只能处理一个请求。

在Unix系统中，父进程通常以root身份运行以便绑定80端口，而apache产生的子进程通常以一个低特权的用户运行。运行子进程的用户必须要对它服务的内容有读取的权限，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。

prefork模式的优缺点比较：

  • 优点：成熟，兼容所有新老模块。进程之间完全独立，使得它非常稳定。同时，不需要担心线程安全的问题。（我们常用的mod_php，PHP的拓展不需要支持线程安全，prefork这个模式非常安全）。
  • 缺点：一个进程相对占用更多的系统资源，消耗更多的内存。而且，它并不擅长处理高并发请求，在这种场景下，它会将请求放进队列中，一直等到有可用进程，请求才会被处理。
    总结：prefork工作模式，效率最高，但是内存使用较大，不擅长处理高并发的场景。

2、worker工作模式

worker模式比起prefork模式，是使用了多进程+多线程的模式。它也预先fork了几个子进程（数量比较少），每个子进程能够生成一些服务线程和一个监听线程，该监听线程接入请求并将其传递给服务线程处理和应答。

线程比起进程会更轻量，因为线程通常会共享父进程的内存空间，因此，内存的占用会减少一些，在高并发的场景下，表现得比 prefork模式好。

worker模式的多进程+多线程模式中，各个进程之间都是独立的，如果某个线程出现异常，受影响的只是Apache的一部分服务，而不是整个服务。其他进程仍然可以工作。

worker模式的优缺点比较：

  • 优点：占据更少的内存，高并发下表现更优秀。
  • 缺点：必须考虑线程安全的问题，因为多个子线程是共享父进程的内存地址的。如果使用keep-alive的长连接方式，也许中间几乎没有请求，这时就会发生阻塞，线程被挂起，需要一直等待到超时才会被释放。如果过多的线程，被这样占据，也会导致在高并发场景下的无服务线程可用。（该问题在prefork模式下，同样会发生）

3、event工作模式

这个是 Apache中最新的模式，在现在版本里的已经是稳定可用的模式。它和 worker模式很像，最大的区别在于，它解决了 keep-alive 场景下 ，长期被占用的线程的资源浪费问题（某些线程因为被keep-alive，挂在那里等待，中间几乎没有请求过来，一直等到超时）。

event工作模式中，会有一个专门的线程来管理这些keep-alive类型的线程，当有真实请求过来的时候，将请求传递给服务线程，执行完毕后，又允许它释放。这样，一个线程就能处理几个请求了，实现了异步非阻塞。

event 工作模式在遇到某些不兼容的模块时，会失效，将会回退到worker模式，一个工作线程处理一个请求。官方自带的模块，全部是支持event 的。

注意一点，event MPM需要Linux系统（Linux 2.6+）对Epoll的支持，才能启用。

还有，需要补充的是HTTPS的连接（SSL），它的运行模式仍然是类似worker的方式，线程会被一直占用，直到连接关闭。

三、修改apache的工作模式

[root@apache bin]# /etc/init.d/httpd -M      #查看apache加载的模块
[root@apache bin]# /etc/init.d/httpd -V         #查看apache的工作模式
            ..............#省略部分内容
Server's Module Magic Number: 20120211:61
Server loaded:  APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Compiled using: APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Architecture:   64-bit
Server MPM:     event             #这行便是它的工作模式
  threaded:     yes (fixed thread count)
    forked:     yes (variable process count)
            ..............#省略部分内容
[root@apache bin]# cd /usr/local/http-2.4.23/conf/     #切换至指定目录
[root@apache conf]# vim httpd.conf
            ..............#省略部分内容
Include conf/extra/httpd-mpm.conf     #定位httpd-mpm到此，去除开头的注释符号
            ..............#省略部分内容
LoadModule mpm_event_module modules/mod_mpm_event.so
#LoadModule mpm_prefork_module modules/mod_mpm_prefork.so
#LoadModule mpm_worker_module modules/mod_mpm_worker.so    #定位worker至此行
#上面三行就是就是apache服务的三种工作模式，需要那种工作模式，只需要将原来的工作模式注释掉
#然后将所需要的工作模式那行去掉注释符号，然后再启动服务即可（注意是启动，不是重启）

            ..............#省略部分内容
#如，我现在将其改为worker工作模式，那么，配置如下：
Include conf/extra/httpd-mpm.conf     #定位httpd-mpm到此，去除开头的注释符号
            ..............#省略部分内容
#LoadModule mpm_event_module modules/mod_mpm_event.so
#LoadModule mpm_prefork_module modules/mod_mpm_prefork.so
LoadModule mpm_worker_module modules/mod_mpm_worker.so
[root@apache conf]# /etc/init.d/httpd restart     #重启时，可能会提示以下信息，是因为域名的原因，不碍事
AH00558: httpd: Could not reliably determine the server's fully qualified domain name, using fe80::c94:cd92:5c18:a1. Set the 'ServerName' directive globally to suppress this message
#若想要解决那些提示信息，可以打开apache的主配置文件进行更改：
[root@apache conf]# pwd        #确定当前路径
/usr/local/http-2.4.23/conf
[root@apache conf]# vim httpd.conf      #打开文件，更改下面的那行，其为本机IP，若有域名，可以直接写域名
ServerName 192.168.20.4        #去掉开头的注释符号
[root@apache conf]# /etc/init.d/httpd -V            #再次查看apache的工作模式
Server version: Apache/2.4.23 (Unix)
Server built:   Oct 10 2019 20:52:01
Server's Module Magic Number: 20120211:61
Server loaded:  APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Compiled using: APR 1.5.2, APR-UTIL 1.5.4
Architecture:   64-bit
Server MPM:     worker           #可以发现更改生效了
            ..............#省略部分内容

四、apache工作模式的优化与修改

在上面改工作模式，其实是调用了别的地方的配置文件，其调用的配置文件就是conf/extra/httpd-mpm.conf，这也就是为什么在上面更改工作模式时，需要先去掉Include conf/extra/httpd-mpm.conf 这行的注释了，就是为了调用这个配置文件。

[root@apache conf]# cat extra/httpd-mpm.conf | egrep -v '^#|^$'   #查看其文件内容，并且过滤掉注释及空行

    PidFile "logs/httpd.pid"
                 
       
    StartServers             5        
    MinSpareServers          5    
    MaxSpareServers         10  
    MaxRequestWorkers      250
         
    MaxConnectionsPerChild   0
     
     

    
    StartServers             3   
    MinSpareThreads         75   
    MaxSpareThreads        250    
    ThreadsPerChild         25  
    MaxRequestWorkers      400   
    MaxConnectionsPerChild   0   

    

    StartServers             3
    MinSpareThreads         75
    MaxSpareThreads        250
    ThreadsPerChild         25
    MaxRequestWorkers      400
    MaxConnectionsPerChild   0



    ThreadStackSize      65536
    StartThreads           250
    MinSpareThreads         25
    MaxSpareThreads        250
    MaxThreads            1000
    MaxConnectionsPerChild   0


    StartServers             2
    MinSpareThreads          5
    MaxSpareThreads         10
    MaxConnectionsPerChild   0


    ThreadsPerChild        150
    MaxConnectionsPerChild   0


    MaxMemFree            2048


    MaxMemFree             100

由于上述配置文件解释起来过于繁琐，这里附加一张图，可以参考此图来更改上述配置：
Apache服务的安装及工作模式介绍
现在我这里的工作模式为worker，可以更改其上述的配置项，以便优化其性能，更改如下（我会故意更改的值超出其范围，制造错误，并且写出其错误解决方案）：

[root@apache extra]# pwd     
/usr/local/http-2.4.23/conf/extra
[root@apache extra]# vim httpd-mpm.conf    
     
    StartServers             5
    MinSpareThreads         150
    MaxSpareThreads        200001
    ThreadsPerChild         25
    MaxRequestWorkers      400
    MaxConnectionsPerChild   0

[root@apache extra]# /etc/init.d/httpd restart         
[root@apache extra]# ps -ef | grep httpd | wc -l   
8

在上面的配置中虽然MaxSpareThreads的值为200001（肯定超过了它的最大范围），但重启时还是没有报错，原因就是MaxRequestWorkers的值还是400，这个值生效了，拦截了MaxSpareThreads的值，所以没有报错，那么接下来再将其更改如下：

[root@apache extra]# vim httpd-mpm.conf      

    StartServers             300
    MinSpareThreads         200
    MaxSpareThreads        2000001
    ThreadsPerChild         25
    MaxRequestWorkers      200001      
    MaxConnectionsPerChild   0

[root@apache extra]# /etc/init.d/httpd restart     
AH00316: WARNING: MaxRequestWorkers of 200001 is not an integer multiple of ThreadsPerChild of 25, decreasing to nearest multiple 200000, for a maximum of 8000 servers.
AH00318: WARNING: MaxRequestWorkers of 200000 would require 8000 servers and would exceed ServerLimit of 16, decreasing to 400. To increase, please see the ServerLimit directive.


[root@apache extra]# vim httpd-mpm.conf       

    ServerLimit             2000
    StartServers             80
    MinSpareThreads         200
    MaxSpareThreads        2000
    ThreadsPerChild         25
    MaxRequestWorkers      2000
    MaxConnectionsPerChild   0

[root@apache extra]# /etc/init.d/httpd restart

在上面的配置项中，各个配置项的值都是有默认的限制的，若想改变其限制，则需要在配置项的上一行增加ServerLimit配置项，而且ServerLimit配置项也是有最大限制的，若要修改各种值，建议仔细阅读下面的内容，再进行更改。

  • worker 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，各个线程独立地处理请求。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 MaxRequestWorkers 设置了同时连入的 clients 最大总数。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MinSpareThreads 和 MaxSpareThreads 的最大缺省值分别是 75 和 250。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 。
  • ThreadsPerChild 是 worker MPM 中与性能相关最密切的指令。ThreadsPerChild 的最大缺省值是 64，如果负载较大，64 也是不够的。这时要显式使用 ThreadLimit 指令，它的最大缺省值是 20000。
  • Worker 模式下所能同时处理的请求总数是由子进程总数乘以 ThreadsPerChild 值决定的，应该大于等MaxRequestWorkers。如果负载很大，现有的子进程数不能满足时，控制进程会派生新的子进程。默认最大的子进程总数是 16，加大时 也需要显式声明 ServerLimit（系统配置的最大进程数量，最大值是20000）。需要注意的是，如果显式声明了 ServerLimit，那么它乘以 ThreadsPerChild的值必须大于等于MaxRequestWorkers，而且MaxRequestWorkers必须是 ThreadsPerChild 的整数倍，否则 Apache 将会自动调节到一个相应值。

五、进程与线程的区别

线程就是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。

与进程的区别:

  • 地址空间:进程内的一个执行单元;进程至少有一个线程;它们共享进程的地址空间;而进程有自己独立的地址空间;
  • 资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源；
  • 线程是处理器调度的基本单位,但进程不是；
  • 二者均可并发执行；

进程和线程都是由操作系统所体会的程序运行的基本单元，系统利用该基本单元实现系统对应用的并发性。
进程和线程的区别在于：
简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程。
线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程
序的运行效率。

———————— 本文至此结束，感谢阅读 ————————


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