几种经典的网络服务器架构模型的分析与比较

几种经典的网络服务器架构模型的分析与比较,第1张

前言 事件驱动为广大的程序员所熟悉,其最为人津津乐道的是在图形化界面编程中的应用;事实上,在网络编程中事件驱动也被广泛使用,并大规模部署在高连接数高吞吐量的服务器程序中,如 http 服务器程序、ftp 服务器程序等。相比于传统的网络编程方式,事件驱动能够极大的降低资源占用,增大服务接待能力,并提高网络传输效率。 关于本文提及的服务器模型,搜索网络可以查阅到很多的实现代码,所以,本文将不拘泥于源代码的陈列与分析,而侧重模型的介绍和比较。使用 libev 事件驱动库的服务器模型将给出实现代码。 本文涉及到线程 / 时间图例,只为表明线程在各个 IO 上确实存在阻塞时延,但并不保证时延比例的正确性和 IO 执行先后的正确性;另外,本文所提及到的接口也只是笔者熟悉的 Unix/Linux 接口,并未推荐 Windows 接口,读者可以自行查阅对应的 Windows 接口。阻塞型的网络编程接口几乎所有的程序员第一次接触到的网络编程都是从 listen()、send()、recv()等接口开始的。使用这些接口可以很方便的构建服务器 /客户机的模型。我们假设希望建立一个简单的服务器程序,实现向单个客户机提供类似于“一问一答”的内容服务。图1. 简单的一问一答的服务器 /客户机模型

我们注意到,大部分的 socket接口都是阻塞型的。所谓阻塞型接口是指系统调用(一般是 IO接口)不返回调用结果并让当前线程一直阻塞,只有当该系统调用获得结果或者超时出错时才返回。实际上,除非特别指定,几乎所有的 IO接口 (包括 socket 接口 )都是阻塞型的。这给网络编程带来了一个很大的问题,如在调用 send()的同时,线程将被阻塞,在此期间,线程将无法执行任何运算或响应任何的网络请求。这给多客户机、多业务逻辑的网络编程带来了挑战。这时,很多程序员可能会选择多线程的方式来解决这个问题。多线程服务器程序 应对多客户机的网络应用,最简单的解决方式是在服务器端使用多线程(或多进程)。多线程(或多进程)的目的是让每个连接都拥有独立的线程(或进程),这样任何一个连接的阻塞都不会影响其他的连接。 具体使用多进程还是多线程,并没有一个特定的模式。传统意义上,进程的开销要远远大于线程,所以,如果需要同时为较多的客户机提供服务,则不推荐使用多进程;如果单个服务执行体需要消耗较多的 CPU 资源,譬如需要进行大规模或长时间的数据运算或文件访问,则进程较为安全。通常,使用 pthread_create () 创建新线程,fork() 创建新进程。 我们假设对上述的服务器 / 客户机模型,提出更高的要求,即让服务器同时为多个客户机提供一问一答的服务。于是有了如下的模型。图2. 多线程服务器模型 在上述的线程 / 时间图例中,主线程持续等待客户端的连接请求,如果有连接,则创建新线程,并在新线程中提供为前例同样的问答服务。 很多初学者可能不明白为何一个 socket 可以 accept 多次。实际上,socket 的设计者可能特意为多客户机的情况留下了伏笔,让 accept() 能够返回一个新的 socket。下面是 accept 接口的原型: int accept(int s, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)输入参数 s 是从 socket(),bind() 和 listen() 中沿用下来的 socket 句柄值。执行完 bind() 和 listen() 后,操作系统已经开始在指定的端口处监听所有的连接请求,如果有请求,则将该连接请求加入请求队列。调用 accept() 接口正是从 socket s 的请求队列抽取第一个连接信息,创建一个与 s 同类的新的 socket 返回句柄。新的 socket 句柄即是后续 read() 和 recv() 的输入参数。如果请求队列当前没有请求,则 accept() 将进入阻塞状态直到有请求进入队列。 上述多线程的服务器模型似乎完美的解决了为多个客户机提供问答服务的要求,但其实并不尽然。如果要同时响应成百上千路的连接请求,则无论多线程还是多进程都会严重占据系统资源,降低系统对外界响应效率,而线程与进程本身也更容易进入假死状态。 很多程序员可能会考虑使用“线程池”或“连接池”。“线程池”旨在减少创建和销毁线程的频率,其维持一定合理数量的线程,并让空闲的线程重新承担新的执行任务。“连接池”维持连接的缓存池,尽量重用已有的连接、减少创建和关闭连接的频率。这两种技术都可以很好的降低系统开销,都被广泛应用很多大型系统,如 websphere、tomcat 和各种数据库等。 但是,“线程池”和“连接池”技术也只是在一定程度上缓解了频繁调用 IO 接口带来的资源占用。而且,所谓“池”始终有其上限,当请求大大超过上限时,“池”构成的系统对外界的响应并不比没有池的时候效果好多少。所以使用“池”必须考虑其面临的响应规模,并根据响应规模调整“池”的大小。 对应上例中的所面临的可能同时出现的上千甚至上万次的客户端请求,“线程池”或“连接池”或许可以缓解部分压力,但是不能解决所有问题。 总之,多线程模型可以方便高效的解决小规模的服务请求,但面对大规模的服务请求,多线程模型并不是最佳方案。下一章我们将讨论用非阻塞接口来尝试解决这个问题。使用select()接口的基于事件驱动的服务器模型 大部分 Unix/Linux 都支持 select 函数,该函数用于探测多个文件句柄的状态变化。下面给出 select 接口的原型: FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) FD_SET(int fd, fd_set* fds) FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) FD_CLR(int fd, fd_set* fds) int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout) 这里,fd_set 类型可以简单的理解为按 bit 位标记句柄的队列,例如要在某 fd_set 中标记一个值为 16 的句柄,则该 fd_set 的第 16 个 bit 位被标记为 1。具体的置位、验证可使用 FD_SET、FD_ISSET 等宏实现。在 select() 函数中,readfds、writefds 和 exceptfds 同时作为输入参数和输出参数。如果输入的 readfds 标记了 16 号句柄,则 select() 将检测 16 号句柄是否可读。在 select() 返回后,可以通过检查 readfds 有否标记 16 号句柄,来判断该“可读”事件是否发生。另外,用户可以设置 timeout 时间。 下面将重新模拟上例中从多个客户端接收数据的模型。图4.使用select()的接收数据模型 上述模型只是描述了使用 select() 接口同时从多个客户端接收数据的过程;由于 select() 接口可以同时对多个句柄进行读状态、写状态和错误状态的探测,所以可以很容易构建为多个客户端提供独立问答服务的服务器系统。图5.使用select()接口的基于事件驱动的服务器模型 这里需要指出的是,客户端的一个 connect() 操作,将在服务器端激发一个“可读事件”,所以 select() 也能探测来自客户端的 connect() 行为。 上述模型中,最关键的地方是如何动态维护 select() 的三个参数 readfds、writefds 和 exceptfds。作为输入参数,readfds 应该标记所有的需要探测的“可读事件”的句柄,其中永远包括那个探测 connect() 的那个“母”句柄;同时,writefds 和 exceptfds 应该标记所有需要探测的“可写事件”和“错误事件”的句柄 ( 使用 FD_SET() 标记 )。 作为输出参数,readfds、writefds 和 exceptfds 中的保存了 select() 捕捉到的所有事件的句柄值。程序员需要检查的所有的标记位 ( 使用 FD_ISSET() 检查 ),以确定到底哪些句柄发生了事件。 上述模型主要模拟的是“一问一答”的服务流程,所以,如果 select() 发现某句柄捕捉到了“可读事件”,服务器程序应及时做 recv() 操作,并根据接收到的数据准备好待发送数据,并将对应的句柄值加入 writefds,准备下一次的“可写事件”的 select() 探测。同样,如果 select() 发现某句柄捕捉到“可写事件”,则程序应及时做 send() 操作,并准备好下一次的“可读事件”探测准备。下图描述的是上述模型中的一个执行周期。图6. 一个执行周期 这种模型的特征在于每一个执行周期都会探测一次或一组事件,一个特定的事件会触发某个特定的响应。我们可以将这种模型归类为“事件驱动模型”。 相比其他模型,使用 select() 的事件驱动模型只用单线程(进程)执行,占用资源少,不消耗太多 CPU,同时能够为多客户端提供服务。如果试图建立一个简单的事件驱动的服务器程序,这个模型有一定的参考价值。 但这个模型依旧有着很多问题。 首先,select() 接口并不是实现“事件驱动”的最好选择。因为当需要探测的句柄值较大时,select() 接口本身需要消耗大量时间去轮询各个句柄。很多操作系统提供了更为高效的接口,如 linux 提供了 epoll,BSD 提供了 kqueue,Solaris 提供了 /dev/poll …。如果需要实现更高效的服务器程序,类似 epoll 这样的接口更被推荐。遗憾的是不同的操作系统特供的 epoll 接口有很大差异,所以使用类似于 epoll 的接口实现具有较好跨平台能力的服务器会比较困难。 其次,该模型将事件探测和事件响应夹杂在一起,一旦事件响应的执行体庞大,则对整个模型是灾难性的。如下例,庞大的执行体 1 的将直接导致响应事件 2 的执行体迟迟得不到执行,并在很大程度上降低了事件探测的及时性。图7. 庞大的执行体对使用select()的事件驱动模型的影响 幸运的是,有很多高效的事件驱动库可以屏蔽上述的困难,常见的事件驱动库有 libevent 库,还有作为 libevent 替代者的 libev 库。这些库会根据操作系统的特点选择最合适的事件探测接口,并且加入了信号 (signal) 等技术以支持异步响应,这使得这些库成为构建事件驱动模型的不二选择。下章将介绍如何使用 libev 库替换 select 或 epoll 接口,实现高效稳定的服务器模型。使用事件驱动库libev的服务器模型 Libev 是一种高性能事件循环 / 事件驱动库。作为 libevent 的替代作品,其第一个版本发布与 2007 年 11 月。Libev 的设计者声称 libev 拥有更快的速度,更小的体积,更多功能等优势,这些优势在很多测评中得到了证明。正因为其良好的性能,很多系统开始使用 libev 库。本章将介绍如何使用 Libev 实现提供问答服务的服务器。 (事实上,现存的事件循环 / 事件驱动库有很多,作者也无意推荐读者一定使用 libev 库,而只是为了说明事件驱动模型给网络服务器编程带来的便利和好处。大部分的事件驱动库都有着与 libev 库相类似的接口,只要明白大致的原理,即可灵活挑选合适的库。) 与前章的模型类似,libev 同样需要循环探测事件是否产生。Libev 的循环体用 ev_loop 结构来表达,并用 ev_loop( ) 来启动。 void ev_loop( ev_loop* loop, int flags ) Libev 支持八种事件类型,其中包括 IO 事件。一个 IO 事件用 ev_io 来表征,并用 ev_io_init() 函数来初始化: void ev_io_init(ev_io *io, callback, int fd, int events) 初始化内容包括回调函数 callback,被探测的句柄 fd 和需要探测的事件,EV_READ 表“可读事件”,EV_WRITE 表“可写事件”。 现在,用户需要做的仅仅是在合适的时候,将某些 ev_io 从 ev_loop 加入或剔除。一旦加入,下个循环即会检查 ev_io 所指定的事件有否发生;如果该事件被探测到,则 ev_loop 会自动执行 ev_io 的回调函数 callback();如果 ev_io 被注销,则不再检测对应事件。 无论某 ev_loop 启动与否,都可以对其添加或删除一个或多个 ev_io,添加删除的接口是 ev_io_start() 和 ev_io_stop()。 void ev_io_start( ev_loop *loop, ev_io* io ) void ev_io_stop( EV_A_* ) 由此,我们可以容易得出如下的“一问一答”的服务器模型。由于没有考虑服务器端主动终止连接机制,所以各个连接可以维持任意时间,客户端可以自由选择退出时机。图8. 使用libev库的服务器模型 上述模型可以接受任意多个连接,且为各个连接提供完全独立的问答服务。借助 libev 提供的事件循环 / 事件驱动接口,上述模型有机会具备其他模型不能提供的高效率、低资源占用、稳定性好和编写简单等特点。 由于传统的 web 服务器,ftp 服务器及其他网络应用程序都具有“一问一答”的通讯逻辑,所以上述使用 libev 库的“一问一答”模型对构建类似的服务器程序具有参考价值;另外,对于需要实现远程监视或远程遥控的应用程序,上述模型同样提供了一个可行的实现方案。 总结 本文围绕如何构建一个提供“一问一答”的服务器程序,先后讨论了用阻塞型的 socket 接口实现的模型,使用多线程的模型,使用 select() 接口的基于事件驱动的服务器模型,直到使用 libev 事件驱动库的服务器模型。文章对各种模型的优缺点都做了比较,从比较中得出结论,即使用“事件驱动模型”可以的实现更为高效稳定的服务器程序。文中描述的多种模型可以为读者的网络编程提供参考价值。

【IT168导购】国内厂商在服务器市场上也已经征战了十几年,像曙光、浪潮、方正在中国相当多的用户心中都是好的品牌。而且他们对中小用户的需求可能更熟悉,所以服务更周到,产品也非常有代表性,形成自己的竞争力。下面对方正的几款服务器的性能进行分析。

圆明3210

作为新一代的部门级服务器产品,方正圆明3210服务器在性能、扩展性、管理性和易用性拥有出色的表现,适用于中小企业以及各行业用户的中小规模网络应用,是中小企业和大型企业关键部门进行信息化建设的上乘之选。

圆明3210以Intel Xeon处理器为核心,支持双路Intel Xeon处理器,配合带宽达到3.2GB/s的ECC Reg DDR内存和PCI-X,将圆明3210的整体数据处理性能提升到一个新的层次,支持64位的PCI-X设备,并集成了IDE RAID功能,用户可以选择SCSI RAID,充分满足对关键应用和数据的安全性要求,在作为WEB、Mail和电子商务应用时最大能够达到80%(与PIII对比)的提升。最大达到4GB的内存容量、硬盘容量最大能达到730GB和PCI-X扩展插槽可以满足企业以后不断发展的需要。圆明3210集成了支持冗余和负载均衡功能的双网卡极大提升了网络的可用性和网络吞吐性能,独有的服务器管理系统可以远程对圆明3210进行服务状态监控、开关机等全面管理。

圆明3210

圆明3210是非常适合行业用户使用的高安全性的双路至强服务器。既可在网络中担当基本的文件、打印服务器,也可用作电子邮件、WEB、Proxy、中小型数据库等专业应用服务器,适合众多的中小企业和大型企业关键部门的诸多网络应用。

方正圆明3360

在企业计算环境越来越复杂的今天,高可靠性、高可管理性成为网络运行核心的服务器的必备素质,方正圆明3360就是针对大多数企业用户和行业用户内部网络对此的迫切需求而应运而生。方正圆明3360采用了业界领先的服务器技术,使其性能、可靠性、扩展性和高可管理性得到充分体现,3360成为企业用户和行业用户快速建立专业网络应用的必备之选。

方正圆明336

圆明3360最大特色在于其拥有突出的可管理性能,用户可以使用随机免费赠送的RME圆明服务器管理专家对服务器进行全面的监控与管理,还可以与大型管理软件进行完美结合,达到对整体网络环境和系统应用的进一步控制与管理,既让网络管理员工作变得简单,也让企业减少信息化运营成本,降低整体TCO。

除了其突出的管理特性,方正圆明3360的系统设计更加强了其"网络核心"应该具备的重要特征。3360以Intel最新533MHz外频的双路英特尔至强处理器为核心,配合带宽达到3.2GB/s的ECC Registered DDR266内存,带给用户超强劲的平台计算性能和高带宽的数据吞吐能力;基于E7500芯片组的圆明3360在给用户提供的扩展功能上较为灵活,内置的千兆以及百兆网卡不但为用户提供了良好的网络性能,而且也节省了成本和内部的PCI扩展槽。

对于那些要配备高性能RAID等大数据流量设备的用户,圆明3360提供了2个64bit 133MHz以及一个64bit 100MHz的PCI-X插槽,而对于一般的SCSI卡或者百兆网卡,圆明3360配备了3个PCI插槽以满足不同的扩展需要。3360系统内存容量最大可达到8GB、硬盘容量最大能超过1TB。采用先进的散热控制技术,配置可变速热插拔冗余风扇,通过系统内置的感应器,感知系统温度,调节风扇到相应转速,在保证散热的同时,实现低噪音效果;3360采用热插拔冗余电源,保证系统的电力需求;集成的千兆和百兆网卡可实现网卡容错(Fault Tolerance)和负载平衡(Load Balance),保证3360系统在网络中的实时在线,为用户提供7*24*365的网络服务。

圆明3360配备了方正圆明系列系统管理监视器,通过放置在机箱前面板的小型LCD屏,用户可以对服务器的温度、风扇、电压等状态进行监控。当设备出现异常时,监视器会发出警告信号以提示用户及时排除故障。除此以外,圆明3360随机附带了方正的RME管理软件,该软件可以为用户提供更加详尽的系统检测以及控制功能。

圆明3360服务器在性能和功能上都是非常不错的。圆明3360服务器可在中大型网络中担当文件、打印服务器,也可用作电子邮件、Web、Proxy、数据库等专业应用服务器,适合众多的企业用户和行业用户关键部门的诸多网络应用。

圆明HT400

圆明HT400是专门为数据量爆炸性膨胀的互联网时代需求而专门设计的,所体现出的超强性能、高效可靠、易用管理等特点能够帮助企业在瞬息万变的商业时代中立于不败之地。

圆明HT400

方正圆明HT400服务器是方正电脑公司推出的基于4路Intel Pentium Xeon处理器的服务器产品,它结合了最新的总线技术和处理器技术,具备强大的运算能力、良好的扩展性、可用性和扩展能力,是高性能的企业级服务器产品。采用400MHz系统总线技术,处理器频率最高达2GHz,支持24GB的ECC REG内存、拥有Ultra160的热插拔SCSI硬盘、专业级的10M/100M及1000M自适应网络适配器、服务器专用机箱,确保圆明HT400拥有良好的数据处理能力;集成双通道Ultra320 SCSI硬盘控制器,最多可提供10个热插拔SCSI硬盘架位;提供6个64bit/100MHz PCI-X扩展插槽(其中4个支持热插拔)和2个32bit/33MHz PCI扩展插槽。

圆明HT400服务器作为方正圆明企业级服务器的旗舰产品,可在多种操作系统平台上稳定运行,为用户提供最大限度的系统性能、扩展能力和稳定可靠性,是大型企业实现办公自动化、电子商务和建立信息化平台及数据中心的理想选择。

以方正的产品技术与品质,配合最优秀的服务,解决了企业购买服务器时无所适从的困扰,因此方正服务器已经成为用户心中非常好的品牌。方正服务器就是以客户的需求为出发,提供客户需要的产品,进而成为客户最佳的企业伙伴。

目前已知的SQLServer2008的版本有: 企业版、标准版、工作组版、Web版、开发者版、Express版、Compact3.5版。

这个次序也是各个版本功能的强大程度从高到低的一个排序。具体使用哪个版本,并非是越强大越好,而是应该使用适合的版本。

运行界面:

1、七个版本的具体含义

SQLServer2008企业版

SQLServer2008企业版是一个全面的数据管理和业务智能平台,为关键业务应用提供了企业级的可扩展性、数据仓库、安全、高级分析和报表支持。这一版本将为你提供更加坚固的服务器和执行大规模在线事务处理。这个是最牛B的版本。

SQLServer2008标准版

SQLServer2008标准版是一个完整的数据管理和业务智能平台,为部门级应用提供了最佳的易用性和可管理特性。

SQLServer2008工作组版

SQLServer2008工作组版是一个值得信赖的数据管理和报表平台,用以实现安全的发布、远程同步和对运行分支应用的管理能力。这一版本拥有核心的数据库特性,可以很容易地升级到标准版或企业版。

SQLServer2008Web版

SQLServer2008Web版是针对运行于Windows服务器中要求高可用、面向InternetWeb服务的环境而设计。这一版本为实现低成本、大规模、高可用性的Web应用或客户托管解决方案提供了必要的支持工具。

SQLServer2008开发者版

SQLServer2008开发者版允许开发人员构建和测试基于SQLServer的任意类型应用。这一版本拥有所有企业版的特性,但只限于在开发、测试和演示中使用。基于这一版本开发的应用和数据库可以很容易地升级到企业版。

SQLServer2008Express版

SQLServer2008Express版是SQLServer的一个免费版本,它拥有核心的数据库功能,其中包括了SQLServer2008中最新的数据类型,但它是SQLServer的一个微型版本。这一版本是为了学习、创建桌面应用和小型服务器应用而发布的,也可供ISV再发行使用。

SQLServerCompact3.5版

SQLServerCompact是一个针对开发人员而设计的免费嵌入式数据库,这一版本的意图是构建独立、仅有少量连接需求的移动设备、桌面和Web客户端应用。SQLServerCompact可以运行于所有的微软Windows平台之上,包括WindowsXP和WindowsVista操作系统,以及PocketPC和SmartPhone设备。

2、版本的选择指导

除了按照需求选择外,开发测试时选取开发版,部署时选择企业版。而一般的选择Express版本即可满足常见的需求。

扩展:安装教程:网页链接


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