如何提高高性能服务器并发量

1、减少内存分配和释放

服务器在运行过程中，需要大量的内存容量来支撑，内存的分配和释放就尤为关键。用户在使用服务器的时候，可以通过改善数据结构以及算法制度来减少中间临时变量的内存分配和数据复制时间。

另外，可以选择使用共享内存模式来降低内存的分配和释放问题。共享内存在多处理器系统中，可以被不同的中央处理器访问，也可以有不同的进程共享，是一种非常快的进程通信方式。

2、使用持久链接

持久链接也被称为场链接，是通过TCP通信的一种方式。在一次TCP链接中持续发送多份数据而不断开连接。

从性能角度上来讲，建立TCP链接次数越少，越有利于性能的提升，尤其对于密集型图片或者网页等数据处理上来说有明显的加速作用。

3、改进I/O模型

I/O操作根据设备形式有不同的类型，例如我们常见的内存I/O，网络I/O，磁盘I/O。针对网络I/O和磁盘I/O, 它们的速度要慢很多，可以选择采用高带宽网络适配器可以提高网络I/O速度。

以上的I/O操作时需要CPU来调度的，这就需要CPU空出时间来等待I/O操作。如果在CPU调度上使用时间较少，也就能节约出CPU的处理时间，从这一点上来说也是提升高服务器并发处理能力的方式。

4、改进服务器并发数策略

服务器高并发策略的调整，是为了让I/O操作和CPU计算尽量重叠进行。一方面使CPU在I/O操作时等待时间内不要空闲，另一方面也是为了最大限度缩短等待时间。【感兴趣的话点击此处，了解一下】

服务程序最为关键的设计是并发服务模型，当前有以下几种典型的模型：

- 单进程服务，使用非阻塞IO

使用一个进程服务多个客户，通常与客户通信的套接字设置为非阻塞的，阻塞只发生在select()、poll()、epoll_wait()等系统调用上面。这是一种行之有效的单进程状态机式服务方式，已被广泛采用。

缺点是它无法利用SMP(对称多处理器)的优势，除非启动多个进程。此外，它尝试就绪的IO文件描述符后，立即从系统调用返回，这会导致大量的系统调用发生，尤其是在较慢的字节传输时。

select()本身的实现也是有局限的：能打开的文件描述符最多不能超过FD_SETSIZE，很容易耗尽；每次从select()返回的描述符组中扫描就绪的描述符需要时间，如果就绪的描述符在末尾时更是如此（epoll特别彻底修复了这个问题）。

- 多进程服务，使用阻塞IO

也称作 accept/fork 模型，每当有客户连线时产生一个新的进程为之服务。这种方式有时是必要的，比如可以通过操作系统获得良好的内存保护，可以以不同的用户身份运行程序，可以让服务运行在不同的目录下面。但是它的缺点也很明显：进程比较占资源，进程切换开销太大，共享某些信息比较麻烦。Apache 1.3就使用了这种模型，MaxClients数很容易就可以达到。

- 多线程服务，使用阻塞IO

也称之 accept/pthread_create模型，有新客户来时创建一个服务线程而不是服务进程。这解决了多进程服务的一些问题，比如它占用资源少，信息共享方便。但是麻烦在于线程仍有可能消耗光，线程切换也需要开销。

- 混合服务方式

所谓的混合服务方式，以打破服务方和客户方之间严格的1:1关系。基本做法是：

新客户到来时创建新的工作线程，当该工作线程检测到网络IO会有延迟时停止处理过程，返回给Server一个延迟处理状态，同时告诉 Server被延迟的文件描述符，延迟超时时间。Server会在合适的时候返回工作线程继续处理。注意这里的工作线程不是通过 pthread_create()创建的，而是被包装在专门用于处理延迟工作的函数里。

这里还有一个问题，工作线程如何检测网络IO会有延迟？方法有很多，比如设置较短的超时时间调用poll()，或者甚至使用非阻塞IO。如果是套接字，可以设置SO_RCVTIMEO和SO_SNDTIMEO选项，这样更有效率。

除了延迟线程，Server还应提供了未完成线程的支持。

如有有特别耗费时间的操作，你可以在完成部分工作后停止处理，返回给Server一个未完成状态。这样Server会检查工作队列是否有别的线程，如果有则让它们运行，否则让该工作线程继续处理，这可以防止某些线程挨饿。

典型的一个混合服务模型开源实现ServerKit

Serverkit的这些线程支持功能可简化我们的服务程序设计，效率上应该也是有保证的。

2. 队列(queue)

ServerKit提供的队列是一个单向链表，队列的存取是原子操作，如果只有一个执行单元建议不要用，因为原子操作的开销较大。

3. 堆(heap)

malloc()分配内存有一定的局限，比如在多线程的环境里，需要序列化内存分配操作。ServerKit提供的堆管理函数，可快速分配内存，可有效减少分配内存的序列化操作，堆的大小可动态增长，堆有引用计数，这些特征比较适合多线程环境。目前ServerKit堆的最大局限是分配单元必须是固定大小。

4. 日志记录

日志被保存在队列，有一个专门的线程处理队列中的日志记录：它或者调用syslog()写进系统日志，或者通过UDP直接写到远程机器。后者更有效。

5. 读写锁

GNU libc也在pthreads库里实现了读写锁，如果定义了__USE_UNIX98就可以使用。不过ServerKit还提供了读写锁互相转换的函数，这使得锁的应用更为弹性。比如拥有读锁的若干个线程对同一个hash表进行检索，其中一个线程检索到了数据，此时需要修改它，一种办法是获取写锁，但这会导致释放读锁和获取写锁之间存在时间窗，另一种办法是使用ServerKit提供的函数把读锁转换成写锁，无疑这种方式更有效率。

除了以上这些功能，ServerKit还提供了数据库连接池的管理（当前只支持MySQL）和序列化（Sequences），如感兴趣可参见相关的API文档。

二、ServerKit服务模块编写

ServerKit由3部分组成：server程序，负责加载服务模块、解析配置文件、建立数据库连接池；libserver，动态链接库，提供所有功能的库支持，包括server本身也是调用这个库写的；API，编程接口，你编写的服务模块和ServerKit框架进行对话的接口。

ServerKit需要libConfuse解析配置文件，所以出了安装ServerKit，还需要安装libConfuse。关于libConfuse可参考 http://www.nongnu.org/confuse/ 。

下面我们看一个简单的服务模块FOO：

#include <confuse.h>

#include <server.h>

static long int sleep_duration

static int FOO_construct()

{

fprintf(stderr, "FOO_construct\n")

return 1

}

static int FOO_prestart(cfg_t *configuration)

{

fprintf(stderr, "FOO_prestart\n")

return 1

}

static void * FOO_operator(void *foobar)

{

fprintf(stderr, "FOO_operator\n")

for() sleep(sleep_duration)

return NULL

}

static void FOO_report(void)

{

fprintf(stderr, "FOO_report\n")

}

static cfg_opt_t FOO_config[] = {

CFG_SIMPLE_INT("sleep_duration", &sleep_duration),

CFG_END()

}

static char *FOO_authors[] = {"Vito Caputo <vcaputo@pengaru.com>", NULL}

SERVER_MODULE(FOO,0,0,1,"Example module that does nothing but sleep")

按以下方法编译：

$ gcc -c -fPIC -pthread -D_REENTRANT -g FOO.c

$ gcc -shared -lserver -lconfuse -lpthread -g -e __server_module_main -o FOO.so FOO.o

-e选项指定程序运行入口，这使得你可以直接在命令行敲 ./FOO.so 运行模块。

server程序根据环境变量SERVER_PERSONALITY_PATH定位主目录，并查找主目录下的c11n作为配置文件，动态加载的模块需放在主目录下的modules目录。

$ export SERVER_PERSONALITY_PATH=`pwd`

$ mkdir modules

$ cp FOO.so modules

$ vi c11n

c11n的内容：

identity = "any_id"

FOO {

sleep_duration = 1

}

identity标识server实例，用ps可看到程序名称形如server.identity，本例为server.any_id。

执行server启动服务程序。

三、ServerKit其他功能缺陷

缺乏daemon模式；

只能运行在Linux box；

DB pool只支持MySQL；

Heap管理内存的功力有限

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