（应用数学专业论文）web服务器性能与web框架应用的研究.pdf

河南大学研究生硕士学位论文第1 页 摘要 本文的工作分为两个较为独立的两个部分：w 曲服务器性能的研究和w 曲框架 的分穆云与应用。 w 曲服务器是w 曲系统的重要组成部分，它的性能问题一直以来是人们关注的 热点。为了提高w 曲服务器的性能，使之拥有理想的响应用户请求的能力，人们通 常采用w 的服务器性能测试工具来找出性能瓶颈及其位置所在，并研究出各种行之 有效的策略和方法。但是这些策略和方法仍然存在缺乏适用性的缺陷。为了解决 这一问题，本文通过分析已有的优化w e b 服务器的方法和w 曲服务器性能评测的原 理，提出了适用于应用环境中w 曲服务器性能的优化方法。 随着w 曲的普及，w 曲系统也变得越来越复杂，应用平台( 如j 2 e e ) 和业务逻 辑之间的一个中间层产品w e b 框架应运而生。w e b 框架能够集成各种各样的技 术，很好地把它们的力量集中起来提供一个完整而且有效的w 曲开发环境。本文介 绍了几种常用的w 曲框架，并通过各自技术指标的对比，分析了它们的特点。最后 通过对所参与的关于3 g 业务管理平台的门户开发的介绍，讨论了c o c o o n 框架的技 术特点和应用方法。 本文的研究内容如下： ( 1 ) 通过介绍w 曲服务器在w e b 系统中的地位、目前w e b 服务器性能的优化方 法和w 曲服务器性能评测的原理和方法，分析了现在改善w e b 服务器性能中存在的 问题，提出了在应用环境下优化服务器性能应该考虑的因素以及可以采用的方法。 ( 2 ) 这里介绍了w 曲框架的分类和作用，以及常用的s l n l t s 、豫b i n e 、c o c o o n 框架的设计结构和工作原理，对比并分析了三者的技术指标和技术特点。 ( 3 ) 通过对采用c o c o o n 框架的原因的讨论，阐明了c o c o o n 在系统开发过程中 的技术优势，介绍了系统门户的框架结构设计，并以用户门户为例介绍了该门户 功能的设计，重点讨论了使用c o c o o n 框架在用户门户开发中的优点，以及c o c o o n 第】i 页河南大学研究生硕士学位论文 的管道流水线技术的具体设计和应用。 ( 4 ) 就所作的工作进行了总结，分析了工作中存在的问题，并提出了将来所 要继续研究的方向。 关键词：w e b 服务器，性能优化，w e b 框架，c o c o o n ，组件流水线 河南大学研究生硕士学位论文 第1 i i 页 a b s tr a c t t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t so f t w op a r t s ：m er e s e a r c ho nw 曲s e r v e rp e b m 锄c e a n d t h ea n a l y s i sa i l d 印p i i c a t i o no f w 曲f 锄e w o r k s w e bs e e ri sa i li m p o n a l l tp a no fw 曲s y s t e m s ，t 1 1 ep e r f b h n a n c eo fw h i c hi s a l w a y sa h r a c t i v et or e s e a r c h e r sa t t e n t i o n t bi m p r o v et h ew 曲s e r v e rp e r f l o m a n c e ， r c s e a r c h e r sh a v et r i e dt oe x p l o r et h eb o 硼e n e c ka n dp r o b i e m so fw e bs e r v e r sc a p a b i l i t y b ye m p l o y i n ge v a l u a t i o nt 0 0 l s ，a n dp r o p o s e dm a n yk i n d so fe 髓c t i v es 仃a t e g i e s a n d m e t h o d s b u ts o m e 印p l i c a b i l i t yi s s u e ss t i l le x i s t i nm i st l l e s i s ，b y 趿a l y i n gm ee x i t i n g o p t i m i z a t i o nm e m o d sa n dm ep r i n c i p l e o fw e bs e r v e rp e r f o m a i l c ee v a l u a t i o n ，w e p m p o s es o m en o v e lm e t h o d st oi m p m v ew e b s e r v e rp e r f b r n l a i l c e ，w h i c ha r cp r a c t i c a l t 0 r e a lc i f c 岫s 1 ：a n c e s w i m 也ep r e v a l e n c eo fw e ba n dm o r ea 1 1 dm o r ec o m p l i c a t e dt h ew e bs y s t e m s b e c o m e s ，w 曲疔a m e 、v o r k se m e r 萨a sam i d d l e w a r eb e t w e e n 印p l i e dp l a t f b 蛐sa r l d b l l s i n e s sl o g i c s w 曲f r 锄e w o r k si n t e g r a t ev a r i o u st e c h n i q u e s ，a 1 1 dc e n 仃a l i z et h e i r p o w e rt oo 腩ra ni n t e g r a t e da i l de 行e c t i v ec i r c u m s t a l l c et 0d e v e l o pw e ba p p l i c a t i o n s 1 1 1 i s 协e s i si n t r o d u c e ss c v e r a lc o m m o nw e bf r a m e w o r k s ，a n dc o m p a r e st 1 e i r 缸a i t s p n l a s t ，t e c l l l l i c a l 廿a i t sa n d 印p l i e dm e m o d sa r ed i s c u s s e dt l l r o u 曲i m r o d u c i n gp o r t a l d e v e l o p i n go f3 0s e r v i c em a l l a g e m e n tp l a t f o r n l 1 1 l i sm e s i si so 唱a 1 1 i z e da sf 0 1 1 0 w s ( 1 ) a r e ri r l 仃o d u c i n gt h e s t a n l so fw 曲s e r v e ri nw 曲s y s t e m ，t 1 1 eo p t i m i z i n g m e t h o d sf o ri t sc a p a b i l i 吼锄dm ep r i n c i p l ea 1 1 dm e t i l o d so fe v a l u a t i o n ，t h ep 印e r a i l a l y z e st l l ep r o b l e m st oi m p r o v et 1 1 ew 曲s e r v e rp e r f b r n l a n c e ，a 1 1 ds u g g e s t ss o m e c o n s i d e r e df a c t o r sa n da d o p t a b l em e t h o d st oo 两m i z e 出ew 曲s e r v 盯p e r f o n n a n c ei n r e a lc i r c u m s t a n c e s 第1 v 页河南大学研究生硕士学位论文 ( 2 ) d i s c u s s e sm ec a t e g o r ya n d 劬c t i o n a l i t yo fw 曲行锄e w o r k ，a sw e l l a st 1 1 e c o n f i g m t i o na n df u n c t i o np r i f l c i p l eo fs o m ep o p u l a r 行眦e w o r ks u c ha ss t m t s ，t u r b i n e a n dc o c 0 0 n ，也e na n a l y z e sa n dm a i 【e sac o m p a r i s o no f t h et e c h n i c a lm e 仃i c s 锄d 仃a i t s ( 3 ) b a s e do nd i s c u s s i n g m er e a s o no fa d o 皿n gi t w ei l l u s 仃a t et i l et e c h n i c a l p r e d o m i n a l l c eo fc o c o o n 抒a m e w o r ki ns y s t e md e v e l o p i n g a n dt 1 1 e nt h et h e s i s i m o d u c e sm ef i 锄e w o r kd e s i g no fs y s t e mp o r t a la i l dt l l em n c t i o nd e s i g n 、i mu s e r p o n a l ，a n ds 仃e s s e s 山ev i n i l e so fc o c o o nf i 锄e w o r ki nu s e rp o n a ld e v e l o p i n ga 1 1 dt h e i d i o g r a p m cd e s i g na i l da p p l i c a t i o no f t h ec o m p o n e n tp i p e l i n e 一( 4 ) a tt h ee n do ft 1 1 i jt h e s i s ，w e 苞o n c l u d eo u rw o r k ，a n dp o i n to u t 也ee x i s t i n g o r o b l e m sa n df u t u r ew o r k k e y 帅r d s ：w e bs e r v e r ，o p t i m i z a t i 仰o fp e r f o r m a n c e ，w e bf r a m e w o r k ，c o c o o c o m p o n e n tp i p e i i n e y 9 10 7 0 0 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学位断博士学位口中请。本人郑重 声明：所呈交的学位论文是本人独立完成的，对所研究的课题有 新的见解立玎创造性的见解口。据我所知，除文中加以说明、标注 和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包括其他人为装得任何教育、科研机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一网工作的同事对本研究所做的任何贡献 均已在论文中撺了明确的说明并表示了谢意。 、i 学谊申请灭( 学槛论文汁乍者签名：旒辩 ，? ：| ；砌攀曰 关于学位谂文著作权使用授权书 ， ， j 本人经河南大学审穰瓤淮授予顾士学位断博士学位口。作为 学位的作者砖本人完全了样并同意菏尚大学有关保留、使用学位 论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数 据收集机构和本校图书馆等提供学位论文( 纸质文本和电子文 本) 雌供公众检索、奎阋0 本 撬权河f 氧大学出于宣扬、展览学 校学术发展和进行学术交流等目的，可皑采取影印、缩印、扫描 和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文( 甄质文本和电子文本) 。 ( 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书) 学位获得者( 学位论文作者) 鍪名：锄 咿f 年舌月够日 连意：请在相应的口，内划t ”。 河南大学研究生硕士学位论文第1 页 第1 章绪论 万维网( w o r l dw i d ew e b ，简称w e b 或w w w ) 是2 0 世纪9 0 年代i m e r n e t 、超 文本和多媒体技术结合的产物，本质上是一个基于i n t e m e t i n t r a n e t 的分布式、动 态多平台交互式超媒体信息系统，它利用多种协议传输和检索分布在世界各地 w w w 服务器的信息资源。很多研究资料显示：w e b 的通信量占所有i n t c l l l e t 通信 量的6 0 以上【”。作为一种资源的组织和表达机制，w e b 已成为i m e m e t 最主要的 信息传送媒介。因此，w e b 的性能已经成为判断一个网站成功与否的一个重要评 估标准。w e b 服务器是w e b 系统的重要组成部分，同时也是影响w e b 系统性能的 主要因素，因此w e b 服务器性能的优劣一直是人们关注的问题。 w e b 服务器性能就是指一个w 曲服务器响应用户请求的能力。对w e b 服务器 进行性能评测，其实就是检测一个w e b 服务器响应用户请求能力的高低。也就是 在一定的软硬件环境下，按照统一的度量标准，测试w e b 服务器对各种请求的响 应速度、最大顺畅连接数等性能指标，给出公正、可靠的性能评价1 2 j 。那么，对 w e b 服务器性能的测试，就是为了找出应用环境中的瓶颈问题，使被测服务器软 硬件达到最优配置。现在人们已经根据评测的结果提出了许多行之有效的优化方 案和策略。 软件系统发展到今，已经变得极为复杂，特别是服务器端的软件，涉及到的 知识、内容，问题太多，需要在应用平台( 如j 2 e e ) 和业务逻辑之间加入一个中 间层框架( 行a m e w o r k ) 。常见的框架大体有两类：一类侧重于w e b 层，另一 类是w e b 层和e j b 层兼而有之。这里主要介绍侧重于w e b 层的框架【3 l 。w e b 发布框 架其实就是一种使能器，它主要用来营造和集成各种各样的技术，并把它们的力 量集中起来，提供一个完整而且有效的w 曲开发环境【4 l 。常见的w 曲发布框架有 s t n n s 、t u r b i n e 、c o c o o n 、e c h o 、j s f ( j a v a s e r v c rf a c e s ) 和j a t o ( s u no n e a p p l i c a t i o nf m m e w o r k ) 等，它们各有所长，适用于不同的应用环境。 本文正是基于上述背景，对w 曲服务器的性能评测原理、技术以及优化w 曲 服务器的方法进行了分析，提出了在具体应用环境下w 曲服务器性能优化的方法， 分析比较了常见的w 曲发布框架的特点及作用，并结合某一大型网站的用户门户 的开发，研究了c o c 0 0 n 框架的应用和特点。 1 1 论文的目的和意义 随着i m e m e t 的迅速发展，w e b 以其广泛性、交互性和易用性等特点迅速风靡 世界，网页数量正以指数级飞速增长。w e b 已经对商业、工业、银行、财政、教 育、政府和娱乐以及人们的工作和生活产生了深远的影响。许多传统的信息和数 据库系统正在被移植到互联网上，使得电子商务迅速增长，且早己超越了国界。 第2 页河南大学研究生硕士学位论文 范围广泛的、复杂的分布式应用正在w e b 环境中出现。因此，开发高质量的w e b 系统，提高其性能就成为w e b 系统开发过程中必须要考虑的一个主要问题。w e b 服务器是w e b 系统的重要组成部分，同时也是影响w e b 系统性能的重要因素，因 此w e b 服务器性能的好坏一直是人们关注的问题1 5 j 。在实际应用中，人们通过对 w e b 服务器的评测，已经找到了许多改善w e b 性能的方法，但是也存在一些问题。 本文的目的之一，就在于分析w e b 的服务器性能评测的原理和方法和已有的w e b 服务器优化策略，找到在具体应用中改善w e b 服务器性能的方法。 w 曲虽然只有短短的二十年左右的发展时间，但是也经历三个主要时期。随 着软件系统的复杂化，特别是服务器端的软件涉及到越来越庞大的知识、内容和 问题，因此需要在应用平台( 如j 2 e e ) 和业务逻辑之间加入一个中间层，来构建 一个较为综合的w e b 开发环境，w e b 框架也就应运而生。本文主要讨论的是侧 重于w e b 层的w e b 发布框架，通过现在比较流行的几个常用框架的结构设计和 工作机制的介绍，以及技术指标的对比，说明它们各自的特点和技术优势。 c o c o o n 框架是现行比较实用的w e b 发布框架之一。它是一个由纯j a v a 语言 编写的，能够提供静态和动态w e b 内容的，基于x m l 的w e b 发布框架。c o c 0 0 n 采用关系分离的思想，利用管道流水线技术，构造了一个灵活便捷的w e b 发布环 境【6 】。本文简单介绍了c o c o o n 的工作机制和基本原理，并通过某大型管理平台的 用户门户的实际开发，讨论了采用c o c o o n 框架的原因，分析了c o c o o n 的具体应 用及其设计思想，并分析了使用c o c o o n 框架对系统的好处。 1 2 国内外的研究情况 1 2 1 国外的研究情况 w e b 诞生于2 0 世纪9 0 年代，发展至今也只有短短二十年左右的时间。在国 外y o 驿s hd e s h 口a n d e 和s t e v eh a l l s e n 于1 9 9 8 年就提出了w 曲工程的概念j 。 w e b 工程作为一门新兴的学科，提倡使用一个过程和系统的方法来开发高质量的 基于w e b 的系统。对如何构建高质量的w 曲系统，w e b 系统中的关键点w e b 服 务器的性能如何改善等方面的问题也随之引起人们的注意。i n t e l 等公司、研究机 构和许多国外大学都做过不少关于w 曲服务器的相关研究，他们分别讨论了服务 器的硬件对网络带宽的要求，分析了影响w e b 服务器性能的因素，提出了适用于 在高速网络下的个可适应的w e b 服务器框架，并通过模拟在广域网环境下的网 络负载，开发了一个更加真实有效的评测工具1 8 。”。同时，w e b 服务器的评测工 具也在不停的推陈出新，比较有代表性的有：h t l 、p e 一“j 、s p e c w c b 9 9 、w e b b e n c h 和w e b s t o n e 等。 w 曲框架的发展虽然时间上相对短，但是它的发展却相当迅速。2 0 0 0 年以后， 随着w 曲应用的日益复杂，人们逐渐意识到，单纯依靠某种技术多半无法达到快 速开发、快速验证和快速部署的最佳境界。研究者开始尝试着将已有的w 曲开发 河南大学研究生硕士学位论文第3 页 技术综合起来，形成完整的开发框架或应用模型，并以此来满足各种复杂的应用 需求。m i c r o s o f t 在客户端的技术集成方面走在了最前面。1 9 9 8 年m i c m s o f i 推出 的、聃n d o w s9 8 就可以在桌面上集成w e b 页面，这实际上是将资源管理器和w 曲 浏览器的功能有效地结合了起来。2 0 0 0 年后，m i c r o s o r 陆续推出了m s ne x p l o r e 】? 和与之相关的m s n 在线服务。这一应用模型将w 曲浏览、视频点播、邮件处理、 网上游戏、在线聊天等许多种用户常用的w 曲功能集成在了一个统一的界面中。 在w 曲服务端，2 0 0 0 年以后出现了几种主要的技术融合方式。首先，越来越多 的w 曲开发环境开始支持m v c ( m o d e l v i e w c o n t o r l l e r ) 的设计模型，为开发者 提供了全套的开发框架。实际上，j 2 e e 和n e t 平台本身就是这种开发框架的典 型代表。其次，门户服务( p o r t “s e r v e r ) 和w e b 内容管理( w e b c o n t e n t m a i l a g e m e m ) 在最近几年里已经成为应用集成的重点模型。这两种应用模型，可以直接为开发 者或最终用户提供构建w c b 应用的高级平台，可以让w 曲开发和信息发布工作 大为简化【”】。开源项目在w 曲开发框架和应用模型方面表现得非常积极，s t n l t s 、 j e 乜p e e d 、j p o r t l e t 、c o c o o n 、l e n y a 、m b i n e 、x o o p s 等都是开源世界里与m v c 开发体系结构、门户服务和w 曲内容管理相关的优秀解决方案。 1 2 2 国内的研究情况 对于w 曲性能以及w e b 服务器性能评测的研究主要是在国外开展，国内则 刚刚起步，但也已取得了可喜的成果。在w 曲性能方面，中国科学院的马琳等人 通过对w 曲性能的测试，设计出一种推理预测算法，能够对系统的性能进行有效 韵预测1 1 4 l ：清华大学的时培植、李三立提出了对负载均衡程度进行量化的算法， 并实现了一个面向w e b 的性能评价工具i l5 。在w 曲服务器性能方面，北京大学 的欧灿辉、李晓明通过对网络负载的特点的研究，实现了w s b e n c h 服务器评测 系统【1 6 】：吉林大学的张广艳、郑名扬等提出将加权响应时间作为评测服务器性能 的指标，从而得到了一个更加优越的w 曲服务器性能评测工具l l7 j ：中国科学院席 静等人针对影响w c b 服务器性能的关键问题，对已有的服务器进行了评价和优化 【1 8 】：以及清华大学贾彩霞等人提出通过改善中断机制，提出了有效提高w 曲服务 器的方法等 1 9 l 。由此可见，国内对w 曲服务器的性能同样十分重视，也提出了自 己独到的看法和技术。 在w e b 发布框架方面，国内还没有成熟的产品推出，现在较为流行的w 曲 发布框架基本上都是国外开发的产品或者标准。国内的相关工作主要集中在这些 框架的应用研究方面。目前国内开发的许多w e b 系统，都采用了这些框架产品， 实现了一些较为典型的应用。 1 3 本文的研究工作 w 曲从诞生至今，已经成为i m e m e t 最广泛的应用，w e b 的性能一直以来是 第4 页河南大学研究生硕士学位论文 人们所关注的问题，而其中w e b 服务器的性能已经越来越影响到整个w 曲系统 性能，从而使得高效的w 曲服务器硬件和软件体系成为越来越重要的课题。本文 通过对w 曲服务器性能的分析，找到在具体应用环境下影响w 曲服务器性能的 因素，并总结了具体的优化方法。在具体的w 曲应用开发过程中，为了简化日益 复杂的应用系统和应用系统所涉及到的越来越多的内容及问题，介于应用平台和 业务逻辑之间各种w 曲框架就是解决这一问题的理想选择。这里通过对这些框架 的介绍，分析比较了它们的技术和特点。并通过一个具体的实例讨论了一个具体 w e b 发布框架的应用方法和特点。 对于w e b 服务器性能的问题，本文通过介绍w 曲服务器性能的评测原理和 方法，以及提高w e b 服务器性能的方法，分析了在具体应用环境下w c b 服务器 性能还应该考虑的因素，并总结了相关的优化方法；另外，本文还分析比较了常 用的几个w e b 发布框架工作机制和特点，并结合某一大型服务平台用户平台的开 发，一讨论了其中c o c o o n 框架的具体应用并分析了其优点。本文主要分为三大部 分： 1 w 曲服务器性能的优化( 第2 章) ； 2 w 曲框架( 第3 章) ； 3 c o c o o n 框架的研究与应用( 第4 章) 。 第一部分w e b 服务器性能的研究 若要了解w 曲服务器的性能，首先要了解w 曲，本节内容从w 曲入手，讲 述了w 曲的组成，进而分析了影响w 曲性能相关技术以及衡量w 曲性能的指标。 然后对w 曲服务器性能予以介绍，首先讨论了w 曲服务器性能的评测的原理和 方法，以及优化w 曲服务器性能的技术，在此基础上提出了提高在具体应用环境 中w 曲服务器性能的方法和技术。 第二部分w e b 框架的研究 开发高质量的w b b 系统，选用合适的w e b 框架是整个开发工作的重要环节。 现行的w 曲发布框架，多半是比较成熟的产品或者标准，这些框架采用了不同的 技术，侧重于不同的方面。这部分内容首先介绍了几种常用的w 曲发布框架，分 析了它们的技术特点，比较了几种框架的异同，最后对它们技术指标进行了简要 的对比和总结。 第三部分c o c o o n 框架的应用和研究 本文所讨论的实例是面向通信服务业务的一个管理平台，该平台的用户门户 采用了c o c o o n 发布框架。本节内容从为何采用c o c o o n 框架入手，论述了用户门户 的整体设计以及前台系统结构，并结合具体的开发讲述了c o c o 。n 的优点以及应用 情况。 河南大学研究生硕士学位论文第5 页 第2 章w e b 服务器性能的优化 、b 服务器是w e b 系统的重要组成部分，同时也是影响w e b 系统性能的重 要因素，因此，w e b 服务器性能的好坏一直是人们关注的问题。在实际应用中， 人们通过对w e b 服务器的评测已经找到了许多改善w e b 性能的方法，但是也存 在一些问题。本章通过分析的w e b 的服务器性能评测的原理和方法和已有的w e b 服务器优化策略，提出了在具体应用中改善w e b 服务器性能的方法。 2 1w e b 概述 随着i n t e m e t 的迅速发展，w e b 以其广泛性、交互性和易用性等特点迅速风靡 世界，网页数量正以指数级飞速增长。w e b 已经对商业、工业、银行、财政、教 育、政府和娱乐及人们的工作和生活产生了深远的影响。许多传统的信息和数据 库系统正在被移植到互联网上，使得电子商务迅速增长，且早已超越了国界。范 围广泛的、复杂的分布式应用正在、b 环境中出现。因此，开发高质量的、b 系 统，提高其性能就成为w e b 系统开发过程中必须要考虑的一个主要问题。 2 。1 1w e b 基本概念 w w w 采用w e b 页面的方式进行信息的存储与传递，w c b 信息存储在w e b 站点 上，用户通过w e b 浏览器访问页面。w e b 页面是由h t m l 语言编写，并由浏览器 翻译解释的。建立w 曲的愿望是通过易于使用的超文本接口，提供通过的文件共 享。完整的w e b 结构应包括：h 1 v r p 协议、w e b 服务器、通用网关接口、w e b 应用 程序接口、b 浏览器【5 1 。w e b 体系结构如图2 1 所示。 图2 1w e b 体系结构 第6 页河南大学研究生硕士学位论文 h t t p 协议：h t t p ( h y p t e n e x tt r a n s f c rp r o t o c 0 1 ) 就是超文本传输协议，是 w w w 服务的支撑协议，它实现了服务器和客户机间信息交流。w 曲以两个 主要的协议为基础即h t t p 及t c p i p 协议。h t t p 用于w 曲浏览器与w 曲 服务器之间的数据交换，浏览器使用超文本标记语言h t m l ；t c p i p 为网络 传输控制协议。h t r p 协议工作在t c p 协议之上，在很多方面，理解h 兀1 p 协议是理解w 曲的关键。 w 曲服务器：是指驻留在因特网上某种类型计算机的程序。它是在网络中信 息提供者基于h t t p 的为实现信息发布、资料查询、数据处理等诸多应用搭 建基本平台的服务器，其主要功能是提供网上信息浏览服务。 通用网关接口( c g i ) ：c o m m o ng a t e w a vi n t e r f k e 的简称，是在w 曲服务器 端的一个通用接口，用来调用外部程序进行计数、查询数据库、生成定制的 图像，或完成其他任务。其主要的功能是在w w w 环境下，从客户端传递一 些讯息给w e b 服务器，再由w e b 服务器去启动所指定的程序来完成特定的工 作。 w 曲应用程序接口：w 曲应用程序是运行在服务器端的可执行程序或动态连 接库。它们可以响应用户要求，动态产生超文本页面，并将信息提供给客户 浏览器。w 曲应用程序接口就是一组函数，可以帮助开发者借助服务器配置 文件中的指令来创建自己的应用程序。这些指令就是服务器执行一个请求的 步骤，包括访问授权、根据文件根目录的路径转换、存在性验证、文件类型 判别以及服务器的正确执行。 w 曲浏览器：w 曲浏览器用于通过u r l ( u n i f o n nr e s o u r c el o c a t o r ，同一资 源定位符) 来获取并显示w e b 网页的一种软件工具。在w i n d o w s 环境中较为 流行的w 曲浏览器为n e t s c a p en a v i g a t o r 和i n t e m e te x p l o r e l 。用户也可在 a u t o c a d 等软件的系统内部直接调用w 曲浏览器进入w e b 网络世界。 2 1 2w e b 的工作机制 w 曲系统的工作主要就是进行w e b 页面的交互，一个典型的w 曲页面有一 个基础页面和内嵌的资源对象组成。基础页面一般按照标准的语法结构超文 本标记语言( h t m l ) 书写，而内嵌资源( 图象、声音等) 的统一资源定位符( u r l ) 则按一定格式包含在基础页面之内川。这里从用户的角度来描述w c b 页面的交互 过程。为了显示用户所制定的一个页面，浏览器需要完成下列步骤： 1 浏览器首先需要对u r l 中所包含的服务器名进行域名解析； 2 服务器与浏览器建立一条到该i p 地址的t c p 连接，这段时间称为连接建 立时间； 3 浏览器在该t c p 连接上向服务器发送h 1 v r p 请求，从浏览器发送请求到 它收到第一个响应i p 包的时间称为请求及响应时间： 4 如h t l p 响应的消息多于一个包，从浏览器收到第一个i p 包到它收到所 河南大学研究生硕士学位论文第7 页 有i p 包之间的时间称为传送时间； 5 在浏览器得到完整的响应消息后，基础页面的传送就结束了，而浏览器 需要分析所获得的页面，并提取出其中包含的资源对象的u r l ； 6 在得到所有的内嵌资源后，浏览器根据具体的格式( h t m l 、声音、图 片、动画等) 解释这些资源，并把它们传送给用户。 图2 2 表示了获取一个w 曲页面的过程。 图2 - 2 获取w e b 页面的过程 由w 曲的结构以及工作过程可以看出，w 曲服务器是整个w 曲系统的重要 组成部分，在w c b 系统的页面交互的过程中也占有举足轻重的作用。因此，改善 w 曲系统的性能，其中关键的一环就是提高w 曲服务器的性能，如何优化w 曲 服务器的性能也就成了人们一直以来在提高w 曲性能方面共同关注的课题。 2 2w e b 服务器性能研究 w 曲服务器是指驻留在因特网上某种类型计算机的程序。它是在网络中信息 提供者基于h t t p 协议为实现信息发布、资料查询、数据处理等诸多应用而搭建 基本平台的服务器，其主要功能是提供网上信息浏览服务。当w 曲浏览器( 客户 端) 连到服务器并请求文件时，服务器将处理该请求并将文件发送到该浏览器上， 附带的信息会告诉浏览器如何查看该文件( 即文件类型) 口】。根据前文中所描述 的w 曲页面的交互过程可以看出，w 曲服务器在w 曲页面处理中大致可分为三 个步骤：第一步，w 曲浏览器向一个特定的服务器发出w 曲页面请求；第二步， w 曲服务器接收到w e b 页面请求后，寻找所请求的w e b 页面，并将所请求的w e b 页面传送给w 曲浏览器：第三步，w 曲服务器接收到所请求的w 曲页面，并将 它显示出来。w 曲服务器不仅能够存储信息，还能在用户通过w 曲浏览器提供的 信息的基础上运行脚本和程序。在w 曲上，常见的大多数表单核搜索引擎上都是 用的是c g i 脚本。目前，市场上w e b 服务器产品的种类很多，比较著名的有 第8 页河南大学研究生硕士学位论文 a p a c h e 、n e t s c 印ee n t e r p r i s e 、z e u s 、a o l s e r v e r 、r o x e nw e b s e n r e r 、j i g s a w 等等。 自从w e b 诞生以来，就一直伴随着性能问题的研究，而w e b 服务器的性能 的优劣也就成了提高w e b 性能过程中不可忽视的关键问题。正如上文所述，完整 的w e b 结构包括五个方面，w e b 服务器是其中的重要组成部分。因此，人们一 直在研究影响w e b 服务器的性能的因素，采用各种技术改善w e b 服务器的性能， 从而提升w e b 系统性能。对w e b 服务器进行系统的评测，是获知一个w e b 服务 器性能的优劣和找出性能瓶颈最合适的方法。通过对w e b 服务器性能的评测，可 以找出影响w e b 服务器性能的因素，从而采取有针对性的优化方法和策略改善 w e b 服务器的性能。那么，w e b 服务器的性能研究的究竟是什么问题? 如何对 w e b 服务器进行评测? 有哪些w e b 服务器优化方法? 这些都是本节所要讨论的 问题。除此之外，这里还分析了现行的评测技术和优化策略存在的问题，并提出 了在具体应用环境下优化w e b 服务器的方法。 2 2 1w e b 服务器的性能分析 服务器的性能对于一个计算机系统来说至关重要，而对目前应用最广、影响 面最大的w e b 服务来讲，其服务器的性能更是重中之重。面对数以万计的用户， 提高w e b 服务器的性能就是提高竞争力，因此改善w e b 服务器的性能成为各公 司、组织关注的热点。那么，什么是w e b 服务器的性能呢? 、曲服务器的性能 就是指一个w e b 服务器响应用户请求的能力【2 0 j 。 w e b 服务器响应用户请求的能力有高有低，如何才能使其性能更加优越呢? 提高服务器的性能是每个w 曲系统开发中比较重要的问题，但是影响服务器性能 的因素比较复杂，不是某个方面可以决定的，必须综合地分析整个系统。一般主 要从两个方面去考虑，即服务器的硬件配置环境和服务器软件的应用环境。w e b 服务器硬件是指w e b 服务器的物理组成部分，例如w e b 服务器的内存、处理器 数据总线、网络适配器、磁盘适配器以及i o 总线等。通过对这些w e b 服务器硬 件配置的调整，就可阻适应不同的w e b 应用，以达到改善整个系统性能的作用。 服务器的硬件配置环境一般可从四个方面入手：处理器、内存、磁盘子系统和网 络环境。w e b 服务器软件是指用于w e b 服务器上的各种程序，例如w e b 服务器 操作系统、服务器应用程序等，在不改变硬件资源和应用的前提下，通过调整服 务器软件的配置参数也可以评价和优化系统的性能。这里主要考虑的是服务器的 服务协议支持能力、用户管理能力、邮箱管理能力、客户端软件支持能力、通信 能力、安全防护能力、系统管理能力、可扩展性等等。 研究者们围绕这些方面进行了多方面的研究，在w 曲服务器的硬件方面，处 理器的运行速度以及操作系统对c p u 的利用情况左右着w e b 服务器的服务能力； 内存大小以及存储介质对服务器性能最为关键，内存过小，将增加磁盘i o 频率， 大大影响系统效率，内存过大，也不会进一步提高性能【2 1 1 。在w 曲服务器软件环 境方面，人们发现由于t c p 与h t t p 协议本身的无连接、无状态性等缺陷，对 河南大学研究生硕士学位论文第9 页 w e b 服务器性能的会产生较大的影响，所以w 曲服务器使用的h t t p 协议的版本 和类型对其性能有较大的影响【2 22 3 】；研究者还仔细研究分析了w 曲服务器处理用 户请求的过程和机制，并发策略的采用，是以进程还是以线程为处理单位，是否 采用缓冲机制以及中断策略的选用等等都会影响到w 曲服务器响应用户请求的 能力【1 92 4 j ；另外请求文件的大小以及页面文件的内容也是影响w c b 服务器性能的 因素，一般来说，w e b 服务器传输的文件越小，网络吞吐量也就越好，页面中动 态的文件内容越少，w e b 服务器的响应比就越高；网络中可用带宽以及操作系统 利用带宽的能力影响着w 曲服务器的传输速度，等等。 经过前人的不懈努力已经找到了许多行之有效的技术和方法来改善w 曲服 务器的性能，这些优化方法根据所针对的位置大致可以分为三个方面：服务器端、 传输层、客户端。通常在服务器端可以采用以下的方法对w e b 服务器性能进行改 进【1 4 训： 1 采用可扩展的w e b 服务器体系结构； 2 采用小粒度的并发策略：以线程为单位来进行操作，这样减少了上下文的 切换，动态创建线程等； 3 减少w 曲服务器请求的生命周期，在不同的地方可以采用以下方法来减 少这种影响： 减少同步 缓存文件 使用“集中写”操作 预计算h t t p 响应 4 使用代理服务器对局部文件进行缓冲来代替文件的处理： 5 采用专门的操作系统功能：操作系统提供专门的程序接口以提高系统的性 能。例如w i n d o w sn t4 0 的t r a i l s m i t f i l e 功能； 6 扩充h t t p 的存取方法，将成组的请求同一个h t l p 连接进行信息交换。 在传输层则可以采用： 1 保持永久的t c p 连接： 2 修改监听b a c k l o g 的参数，增强核心队列连接能力； 3 设置发送缓冲的最高限额； 4 避免拥塞时对一些时延敏感的应用限用n a g l e 算法以改善时延，等方法来 提高传输速度，从而提高服务器的响应能力。 而在客户端也可以采取一些措施来变相的提高w 曲服务器的性能： 1 增加客户端的动态性，把一部分处理工作放在客户端进行，从而降低w 曲 服务器的负担； 2 通过建立启发式的连接管理机制，来避免h 1 v r p 的固定保持连接时间而带 来的w e b 服务器资源的浪费。 当然，这里列举的只是改善服务器性能的方法中的一部分，而缓解性能瓶颈 也不仅仅是从这三个方面，还可以建立服务器组，通过服务器集群以及负载均衡 技术来分担服务器面临的负载压力。借以提高整个系统的性能。经过验证，上述 第1 0 页河南大学研究生硕士学位论文 的这些方法和策略都能够在不同的程度上改善w e b 服务器的性能，但是并不是适 用于所有的服务器或所有的服务器应用环境。因此，如果要确定某一w e b 服务器 的具体性能情况，最合适的方法就是要选取适当的评测工具对其进行系统地评测， 从而找到性能瓶颈，以及合适的优化方法。 2 2 2w e b 服务器性能评测 w e b 服务器的性能问题，对一个w e b 系统来讲十分重要。如何才能知道一 个w e b 服务器性能的优劣呢? 最好的方法就对w e b 服务器进行评测。评测一个 w e b 服务器，就是通过测试工具对w e b 服务器进行一系列的测试，对得到的相 关数据进行分析比较，最后得到该服务器的性能情况，找出它的问题所在。 对w e b 服务器进行性能评测，其实就是检测一个w e b 服务器响应用户请求 能力的高低。具体来讲，也就是在一定的软硬件环境下，按照统一的度量标准， 测试w e b 服务器对各种请求的响应速度、最大顺畅连接数等性能指标，给出公正、 可靠的性能评价。那么，对w e b 服务器性能的测试就是为了找出其中的瓶颈问题， 使被测服务器软硬件达到最优配置。 一般来说，性能评价的方法可以分为两类：测量方法，即通过一定的测量 设备或一定的测量程序直接从服务器测得各项性能指标或与之相关的度量，然后 由它们经过一些简单的运算求出相应的性能指标；模型方法，这要求首先对要 评价的服务器系统建立一个适当的模型，然后求出模型的性能指标，再据此对系 统性能评价【2 】。 ， 用测量的方法来评测w e b 系统 评估w e b 服务器性能是一个复杂的过程，需要考虑的因素有服务器的硬件配 置、操作系统、h 1 v r p 软件、网络速度和工作负载等。采用测量的方法来评测w e b 服务器，首先要确定的就是测量指标( m e 仃i c s ) 。测量指标分为黑盒测量指标和 白盒测量指标两种。常见的黑盒测量指标有吞吐量、平均响应时间、最大连接数 等；而常见的白盒测量指标有线程创建时间、同步化花费、网卡及输入输出系统 的花费等。 目前得到广大用户认可的服务器评测软件有s p e c w e b 9 9 ，w e b b e n c h 和 w e b s t o n e 等。这些软件均采用黑盒测量指标，其原理基本相同使用一个或多 个客户端系统来为服务器产生h t t p 负载，各个客户端向服务器发送h r r p 请求并 且在之后确认响应被接收，最后由主客户端来收集所有客户端的数据并计算出结 果。把这些软件的原理简化后可以用图2 3 来表示。 河南大学研究生硕士学位论文第1l 页 图2 3 采用测量法评测w e b 服务器的软件原理 这些测试软件经过一段时间的测试后，就会形成一系列测试的结果集，即测 试集。测试集的定义是指：给定n 个h t t p 请求月。和n 个时间值正，d ! 乃s ”s 瓦， 卢j ，e 限，砰j 表示事件在距测量开始时刻时间n 的时候发出请求r f 。 一个测试集口j 是指n 个元素组成的集合佃像，正ji f - j ，m 。为了公正 有效地评价w e b 服务器，评