Apache性能优化

目前httpd守护进程越来越丰富，而Apache2或许是大家最熟悉，应用范围最广泛的。该篇幅主要探讨一下Apache2与性能相关的配置。我们从简单的配置说起。我们开始吧…

HostnameLookups Off
HostnameLookups设置如果一旦启用，服务器会对客户端的hostname进行nslookup查询。这将延迟对用户的响应。我们截取了一段，开启了HostnameLookups选项的进程调用记录。

open(“/etc/hosts”, O_RDONLY) = 22
fcntl64(22, F_GETFD) = 0
fcntl64(22, F_SETFD, FD_CLOEXEC) = 0
fstat64(22, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=174, …}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7ff1000
read(22, “# Do not remove the following li”…, 4096) = 174
read(22, “”, 4096) = 0
close(22) = 0
munmap(0xb7ff1000, 4096) = 0
socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP) = 22
connect(22, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(53), sin_addr=inet_addr(“202.96.209.5”)}, 28) = 0
fcntl64(22, F_GETFL) = 0x2 (flags O_RDWR)
fcntl64(22, F_SETFL, O_RDWR|O_NONBLOCK) = 0
gettimeofday({1271519250, 942822}, NULL) = 0
poll([{fd=22, events=POLLOUT}], 1, 0) = 1 ([{fd=22, revents=POLLOUT}])
send(22, “0q1102650140317302617in-addr”…, 42, MSG_NOSIGNAL) = 42
poll([{fd=22, events=POLLIN}], 1, 5000) = 1 ([{fd=22, revents=POLLIN}])
ioctl(22, FIONREAD, [102]) = 0
recvfrom(22,”0q2012001102650140317302617in-addr”…,1024,0,
{sa_family=AF_INET,sin_port=htons(53), sin_addr=inet_addr(“202.96.209.5”)}, [16]) = 102
close(22)
从这份快照可以看出，Apache首先会从/etc/hosts中查找是否有与客户端hostname相同的DNS记录，如果没有找到，则会连接指定的域名服务器进行nslookup操作。

AllowOverride None
一般，将AllowOverride设置为AllowOverride None的性能是最优的。如果该值设置All，目录设置允许被.htaccess文件覆盖。那么Apache则会在文件名的每一个组成部分都尝试打开.htaccess文件。要避免这种情况，可以将AllowOverride设置为None。 下面是一段将AllowOverride all设置的系统调用快照,以此来说明取值all的劣性。

stat64(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/themes/perfgeeks/style.css”, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=7929, …}) = 0
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/.htaccess”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/.htaccess”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/themes/.htaccess”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/themes/perfgeeks/.htaccess”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/themes/perfgeeks/style.css/.htaccess”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = -1 ENOTDIR (Not a directory)
open(“/opt/virtaul_hosts/perfgeeks.com/wp-content/themes/perfgeeks/style.css”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 22
mmap2(NULL, 7929, PROT_READ, MAP_SHARED, 22, 0) = 0xb7f85000
munmap(0xb7f85000, 7929) = 0
我们可以看到,自stat64()开始，Apache一共进行了5次open()的内核调用,并且都返回-1(表示文件不存在)，分别在文件名/wp-content/themes/perfgeeks/style.css每一个组成部分下面试图打开.htaccess文件。必竟这5次open内核函数调用不是很必要。如果有条件的读者可将.htacess中的配置合并到相应的Apache的配置文件中，并且把AllowOverride设置为None，以获得最佳性能。

Options FollowSymLinks
Options的选值很多，除了All之外，我们还比较关心Indexes、FollowSymLinks和SymLinksIfOwnerMatch。其中FollowSymLinks表示允许在此目录使用符号连接。这是一种什么概念呢，比如/va/ftp/data是你存ftp上传数据的地方，而web目录是/var/www/perfgeeks，假定你想通过http://www.perfgeeks.com/ftp访问/var/ftp/data目录的数据，你可以在/var/www/perfgeeks目录下建立一个符号连接ftp指向/var/ftp/data。而FollowSymLinks就是指明这种操作是允许的，指示Apache不必去检查ftp文件是否为链接。另外SymLinksIfOwnerMatch则要求和符号连接与其指向的目录或文件属主是同一人(相同的uid)才允许上述操作，即/var/www/perfgeeks/ftp与/var/ftp/data拥有者的uid要求是一样的,这样Apache就必须通过请求系统内核调用stat()来检查文件名每一个组成部分是否为链接，如果是链接就要去核实是否与链接指向的原文件具有相同的uid。我们推荐设置FollowSymLinks，而不要设置SymLinksIfOwnerMatch，这样可以获取更高的性能。因为，假定没有设置FollowSymLinks或者一旦设置了SymLinksIfOwnerMatch,则会额外地调用系统内核函数lstat()来验证目录是否为符号连接。而且是验证文件的每一个组成部分。下面，我们来看二份快照，分别是设置了FollowSymLinks和SymLinksIfOwnerMatch的strace记录。

#—–Option FollowSymLinks————————
read(11, “GET /test/test.php HTTP/1.1rnHos”…, 8000) = 417
gettimeofday({1271731674, 100730}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/test.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=27, …}) = 0
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={60, 0}}, NULL) = 0
#—–Option SymLinksIfOwnerMatch—————
read(11, “GET /test/test.php HTTP/1.1rnHos”…, 8000) = 417
gettimeofday({1271731349, 444196}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/test.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=27, …}) = 0
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/test.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=27, …}) = 0
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={60, 0}}, NULL) = 0
对比两份快照，很明显。SymLinksIfOwnerMatch比FollowSymLinks设置额外地调用了5次lstat()，验证是否为符号连接。

DirectoryIndex index.php index.html index.html.var
当用户访问的URL以一个”/”结尾的时候，DirectoryIndex则指明了要寻找的资源列表。也就是说，Apache会依次找/path/index.php, /path/index.html等等。所以，DirectoryIndex指定的资源列表顺序与数量都会影响性能，我们推荐数量不宜太多，把最常用的资源放在列表的最前面。这里，我们分别提供不同顺序，不同长度的三份strace快照:

#–配置 DirectoryIndex index.html index.html.var index.php 且资源列表的所有资源都不存在
read(11, “GET /test/ HTTP/1.1rnHost: 192.1″…, 8000) = 366
gettimeofday({1271745805, 985450}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/index.html”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/index.html”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64(“/var/www/html/test/index.html.var”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/index.html.var”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64(“/var/www/html/test/index.php”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/index.php”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
gettimeofday({1271745805, 988039}, NULL) = 0

#–配置:DirectoryIndex index.html index.html.var index.php 其中index.php资源存在
read(11, “GET /test/ HTTP/1.1rnHost: 192.1″…, 8000) = 366
gettimeofday({1271746049, 388916}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/index.html”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/index.html”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64(“/var/www/html/test/index.html.var”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/index.html.var”, 0xbfd3691c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
stat64(“/var/www/html/test/index.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=27, …}) = 0
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={60, 0}}, NULL) = 0

#–配置DirectoryIndex index.php index.html index.html.var 且资源index.php存在
read(11, “GET /test/ HTTP/1.1rnHost: 192.1″…, 8000) = 392
gettimeofday({1271746373, 504237}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/index.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=27, …}) = 0
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={60, 0}}, NULL) = 0
对比上面三份不同的DirectoryIndex配置与快照，我们可以看到正确位置、合适的资源列表数目给我们省下了不少的系统内核函数调用。当用户访问一个目录的时候，Apache会根据DirectoryIndex指定的资源列表依次查找。所以，第三份是性能最佳的配置。

Options MultiViews
我们应该尽量避免使用Options MultiViews来实现内容协商，它非常低效，因为要搜索整个目录。我们可以通过type-map的方式实现内容协商。把所有要用到的type-map放在一个文件里面，比搜索文件性能会更高。所谓，内容协商，指从几个有效资源中选择一个最匹配用户端请求的资源给用户端，这个过程就叫做内容协商。比如，用户请求了资源/path/test/foo, 而且/path/test/foo文件并不存在。MultiViews的做法就是在整个目录查找foo.*所有文件，并且跟据用户请求的content-type, content-encoding等信息，把一个最接近用户请求的资源作为用户请求的资源，返回给用户。这里给出了一份Options MultiViews方式内容协商的快照，以供参考。

read(11, “GET /test/foo HTTP/1.1rnHost: 19″…, 8000) = 369
gettimeofday({1271751239, 855470}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/foo”, 0xbf93f62c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
lstat64(“/var”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test”, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
lstat64(“/var/www/html/test/foo”, 0xbf93f62c) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open(“/var/www/html/test/”, O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_LARGEFILE|O_DIRECTORY) = 12
fstat64(12, {st_mode=S_IFDIR|0755, st_size=4096, …}) = 0
fcntl64(12, F_SETFD, FD_CLOEXEC) = 0
getdents64(12, /* 9 entries */, 4096) = 272
stat64(“/var/www/html/test/foo.gif”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/foo.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/foo.pdf”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/foo.jpg”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
stat64(“/var/www/html/test/foo.txt”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
getdents64(12, /* 0 entries */, 4096) = 0
close(12) = 0
…
lstat64(“/var/www/html/test/foo.php”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
open(“/var/www/html/test/foo.php”, O_RDONLY) = 12
fstat64(12, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=0, …}) = 0
lseek(12, 0, SEEK_CUR) = 0
read(12, “”, 8192) = 0
close(12) = 0
chdir(“/etc/httpd/conf”) = 0
setitimer(ITIMER_PROF, {it_interval={0, 0}, it_value={0, 0}}, NULL) = 0
writev(11, [{“HTTP/1.1 200 OKrnDate: Tue, 20 A”…, 254}], 1) = 254
write(8, “192.168.0.98 – – [20/Apr/2010:16″…, 172) = 172
shutdown(11, 1 /* send */)
我们在/test目录下面分别创建了foo.*共5个文件，当我们请求/test/foo的时候，我们可以从加粗部分，很容易地发现Apache在找不到/test/foo的情况下，它会在/test查看所有foo.*文件状态。我们再从红色部分可以发现Apache经过内容协商之后，最终决定以/test/foo.php作为用户的响应，而并没有返回用户404错误。所以，我们在配置Apache的时候，尤其要避免使用Option MultiViews,因为这种配置效率较低。

EnableMMAP on
尽可能地打开内存映射文件设置。所谓内存映射文件，指的就是Linux内核通过内核调用mmap()将磁盘文件与进程某段内存地址空间(有可能是物理内存，但也有可能是虚拟内存)对映起来，自此Apache就可以通过访问内存直接访问磁盘文件，它不需要使用read()和write()等系统内核调用来访问磁盘了。所以，在大多数情况下，可以通过内存映射文件的机制来提高磁盘I/O性能。Apache2开始支持mmap功能，对于较大的静态文件，Apche是不会使用mmap的，因为需要不小的内存开销。另外，mmap仅对较小的静态文件有效。也就是说，Apache2对于较小的静态文件，才会启用mmap将文件映射到进程内存地空间。

read(11, “GET /test/test.html HTTP/1.1rnHo”…, 8000) = 375
gettimeofday({1271778564, 175940}, NULL) = 0
stat64(“/var/www/html/test/test.html”, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=10, …}) = 0
open(“/var/www/html/test/test.html”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 12
mmap2(NULL, 10, PROT_READ, MAP_SHARED, 12, 0) = 0xb6107000
writev(11, [{“HTTP/1.1 200 OKrnDate: Tue, 20 A”…, 260}, {“hello wold”, 10}], 2) = 270
munmap(0xb6107000, 10) = 0
write(8, “192.168.0.98 – – [20/Apr/2010:23″…, 179) = 179
在这里，加粗部分我们可以看得出。open()以只读的方式打开请求文件，接下来通过mmap2()将文件映射到进程内存地址空间。我们并没有看到系统内核read()调用，这是因为Apache直接读取了进程内存空间的数据，属于用户态行为。即,一旦映射之后,用户就不用像从前一次一次通过系统内核调用read()去将磁盘数据读入用户态内存空间了。这样省去了与用户空间与内核空间读文件上下切换的开销。

EnableSendfile On
如果你的系统支持Sendfile机制的话，通过EnableSendfile On设置开启该机制。Sendfile机制可以提高Apache性能。所谓Sendfile，就是我们平常所提到过的”零拷贝”。一般，我们对一个磁盘文件写操作，要经过几次拷贝才能够完成。首先用户进程，通过fgets()向请求系统内核调用read,这时候read会将磁盘文件数据拷到系统内核空间的缓冲区，然后系统内核调用返回的数据拷到用户空间的缓冲区。当回写数据的时候，又会通过fwrite()函数请求系统内核调用write，将数据写回磁盘。磁盘设备->内核缓冲(内存)->用户缓冲(内存)来回共4次拷贝。对于一个静态文件请求，我们会发现，首先从磁盘设备将数据拷贝到内核空间缓冲区，又从内核空间缓冲区拷贝到用户空间缓冲区，马上又从用户空间缓冲区拷贝回内核缓冲区，接着从内核缓冲区写入到网络接口设备。我们发现，静态数据从内核空间交给用户空间之后，并没有被程序做任何处理，又原原本本地传回了内核空间，数据就这样白白地兜了一圈。所以，Linux自支持Sendfile机制以后，它可以让数据不用交给用户空间缓冲区，直接在内核空间处理掉。这样节约了内核态的切换和用户态数据的复制开销。Apache对于较大的静态资源请求，会启用Sendfile。下面，我们来对比一下启用与不启用sendfile的快照

open(“/var/www/html/test/20090316.pdf”, O_RDONLY|O_LARGEFILE) = 13
writev(11, [{“HTTP/1.1 200 OKrnDate: Wed, 21 A”…, 260}], 1) = 260
_llseek(13, 0, [0], SEEK_SET) = 0
read(13, “%PDF-1.4n%n3 0 objn<>中详细地探讨过，这里就不再重复了。这里只贴一下，我们相关的配置吧。

KeepAlive On
MaxKeepAliveRequests 100
KeepAliveTimeout 10

ExpiresActive On
ExpiresByType image/* “access plus 1 year”
ExpiresByType text/css “access plus 1 year”
ExpiresByType image/ico “access plus 1 year”
ExpiresByType image/icon “access plus 1 year”
ExpiresByType image/x-icon “access plus 1 year”
ExpiresByType text/javascript “access plus 1 year”
ExpiresByType text/js “access plus 1 year”
ExpiresByType application/x-javascript “access plus 1 year”
ExpiresByType application/javascript “access plus 1 year”


SetOutputFilter DEFLATE
SetEnvIfNoCase Request_URI .(?:exe|t?gz|zip|iso|tar|bz2|sit|rar)$ no-gzip dont-vary
SetEnvIfNoCase Request_URI .(?:gif|jpe?g|jpg|ico|png)$ no-gzip dont-vary
SetEnvIfNoCase Request_URI .pdf$ no-gzip dont-vary
SetEnvIfNoCase Request_URI .flv$ no-gzip dont-vary
BrowserMatch ^Mozilla/4 gzip-only-text/html
BrowserMatch ^Mozilla/4.0[678] no-gzip
BrowserMatch bMSIE !no-gzip !gzip-only-text/html
Header append Vary User-Agent env=!dont-vary


Header append Cache-Control “publish, must-revalidate”


Header append Cache-Control publish

如果没有必要记日志，把日志记录关闭
有时候出于维护原因。我们可能会建立一些虚拟目录，进行一些数据受限访问。这种情况，我们建议不要记录日志，因为读日志文件与写日志是磁盘I/O操作。操作I/O操作始终很昂贵。

目录的层级不要太深，越简单越好
目录的层次结构，不要太深。我们推荐3层就差不多了。因为，我们常常需要lstat(), stat(), cd()等操作于这些目录。虽然，这些内核调用微不足道，但是我们还是要遵守这样一条优化原则:减少不必要的系统内核调用。

Worker MPM与Prefork MPM。（待续）
我们将在其它篇幅更深入地介绍Apache Worker MPM与Apache Prefork MPM

总结
1. 避免不必要的DNS查询
a) HostnameLookups Off
b) Deny/Allow from ip_address
2. Sendfile对于较大静态资源请求效率更高，同时建议关闭操作系统ipv6内核模块
3. 减少不必要的系统内核调用
a) AllowOverride None 禁止去尝试打开.htaccess
b) Options FollowSymLinks 禁止去判断访问目录是否为连接
c) DirectoryIndex index.php index.html 合理的资源列表数握与位置顺序会节约更多的系统内核调用
d) Options MultiViews 低效的内容协商
e) 保护简洁的目录层级结构
f) 关闭不要必要的日志记录功能
4. 节约系统内存资源:不要加载没有使用到的模块
5. MMap、Deflate(Gzip)、Expires、Header、Keep-Alive
6. 有条件的话，自己编译Apache，并且支持Worker MPM
7. strace /usr/sbin/httpd -X -f /etc/http/conf/httpd.conf方便跟踪系统内核调用。-X即debug模式，只启用单个worker，且不从控制台分离。

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