如何提升服务器的并发处理能力

1. 提高CPU并发计算能力

服务器之所以可以同时处理多个请求，在于操作系统通过多执行流体系设计使得多个任务可以轮流使用系统资源，这些资源包括CPU，内存以及I/O。这里的I/O主要指磁盘I/O和网络I/O。

多进程 & 多线程

多执行流的一般实现便是进程，多进程的好处可以对CPU时间的轮流使用，对CPU计算和IO操作重叠利用。这里的IO主要是指磁盘IO和网络IO，相对CPU而言，它们慢的可怜。

而实际上，大多数进程的时间主要消耗在I/O操作上。现代计算机的DMA技术可以让CPU不参与I/O操作的全过程，比如进程通过系统调用，使得CPU向网卡或者磁盘等I/O设备发出指令，然后进程被挂起，释放出CPU资源，等待I/O设备完成工作后通过中断来通知进程重新就绪。对于单任务而言，CPU大部分时间空闲，这时候多进程的作用尤为重要。

多进程不仅能够提高CPU的并发度。其优越性还体现在独立的内存地址空间和生命周期所带来的稳定性和健壮性，其中一个进程崩溃不会影响到另一个进程。

但是进程也有如下缺点：

fork()系统调用开销很大：prefork

进程间调度和上下文切换成本：减少进程数量

庞大的内存重复：共享内存

IPC编程相对比较麻烦

减少进程切换

当硬件上下文频繁装入和移出时，所消耗的时间是非常可观的。可用Nmon工具监视服务器每秒的上下文切换次数。为了尽量减少上下文切换次数，最简单的做法就是减少进程数，尽量使用线程并配合其它I/O模型来设计并发策略。

还可以考虑使用进程绑定CPU技术，增加CPU缓存的命中率。若进程不断在各CPU上切换，这样旧的CPU缓存就会失效。

减少使用不必要的锁

服务器处理大量并发请求时，多个请求处理任务时存在一些资源抢占竞争，这时一般采用“锁”机制来控制资源的占用，当一个任务占用资源时，我们锁住资源，这时其它任务都在等待锁的释放，这个现象称为锁竞争。

通过锁竞争的本质，我们要意识到尽量减少并发请求对于共享资源的竞争。比如在允许情况下关闭服务器访问日志，这可以大大减少在锁等待时的延迟时间。要最大程度减少无辜的等待时间。

这里说下无锁编程，就是由内核完成这个锁机制，主要是使用原子操作替代锁来实现对共享资源的访问保护，使用原子操作时，在进行实际的写操作时，使用了lock指令，这样就可以阻止其他任务写这块内存，避免出现数据竞争现象。原子操作速度比锁快，一般要快一倍以上。

例如fwrite()， fopen()，其是使用append方式写文件，其原理就是使用了无锁编程，无锁编程的复杂度高，但是效率快，而且发生死锁概率低。

考虑进程优先级

进程调度器会动态调整运行队列中进程的优先级，通过top观察进程的PR值。

考虑系统负载

可在任何时刻查看/proc/loadavg，top中的load average也可看出。

考虑CPU使用率

除了用户空间和内核空间的CPU使用率以外，还要关注I/O wait，它是指CPU空闲并且等待I/O操作完成的时间比例(top中查看wa的值)。

2. 考虑减少内存分配和释放

服务器的工作过程中，需要大量的内存，使得内存的分配和释放工作尤为重要。可以通过改善数据结构和算法复制度来适当减少中间临时变量的内存分配及数据复制时间，而服务器本身也使用了各自的策略来提高效率。

例如Apache，在运行开始时一次申请大片的内存作为内存池，若随后需要时就在内存池中直接获取，不需要再次分配，避免了频繁的内存分配和释放引起的内存整理时间。

再如Nginx使用多线程来处理请求，使得多个线程之间可以共享内存资源，从而令它的内存总体使用量大大减少，另外，nginx分阶段的内存分配策略，按需分配，及时释放，使得内存使用量保持在很小的数量范围。

另外，还可以考虑共享内存。共享内存指在多处理器的计算机系统中，可以被不同中央处理器(CPU)访问的大容量内存，也可以由不同进程共享，是非常快的进程通信方式。

但是使用共享内存也有不好的地方，就是对于多机器时数据不好统一。

shell命令ipcs可用来显示系统下共享内存的状态，函数shmget可以创建或打开一块共享内存区，函数shmat将一个存在的共享内存段连接到本进程空间，函数shmctl可以对共享内存段进行多种操作，函数shmdt函数分离该共享内存。

3. 考虑使用持久连接

持久连接也称为长连接，它本身是TCP通信的一种普通方式，即在一次TCP连接中持续发送多分数据而不断开连接，与它相反的方式称为短连接，也就是建立连接后发送一份数据就断开，然后再次建立连接发送下一份数据， 周而复始。是否采用持久连接，完全取决于应用特点。

从性能角度看，建立TCP连接的操作本身是一项不小的开销，在允许的情况下，连接次数越少，越有利于性能的提升; 尤其对于密集型的图片或网页等小数据请求处理有明显的加速所用。

HTTP长连接需要浏览器和web服务器的共同协作，目前浏览器普遍支持长连接，表现在其发出的HTTP请求数据头中包含关于长连接的声明，如下： Connection: Keep-Alive，主流的web服务器都支持长连接，比如apache中，可以用KeepAlive off关闭长连接。

对于长连接的有效使用，还有关键一点在于长连接超时时间的设置，即长连接在什么时候关闭吗? Apache的默认设置为5s, 若这个时间设置过长，则可能导致资源无效占有，维持大量空闲进程，影响服务器性能。

4. 改进I/O 模型

I/O操作根据设备的不同分为很多类型，比如内存I/O, 网络I/O, 磁盘I/O。对于网络I/O和磁盘I/O, 它们的速度要慢很多，尽管使用RAID磁盘阵列可通过并行磁盘磁盘来加快磁盘I/O速度，购买大连独享网络带宽以及使用高带宽网络适配器可以提高网络i/O的速度。

（编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网）

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