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2015
11-27

中小型网站架构分析及优化

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　　先看网站架构图：

　　以上网站架构广泛运用中大型网站中，本文从架构每一层分析所用主流技术和解决手段，有助于初入网站运维朋友们，进一步对网站架构认识，从而自己形成一套架构概念。

　　第一层：CDN

　　国内网络分布主要南电信北联通，造成跨地区访问延迟大问题，对于有一定访问量网站来说，增加CDN（内容分发网络）层可有效改善此现象，也是网站加速的最好选择。CDN把网站页面缓存到全国分布的节点上，用户访问时从最近的机房获取数据，这样大大减少网络访问的路径。如果想自己搭建CDN，不建议这么做，因为什么呢？其实说白了，就是什么事别往运维上拦。CDN架构部署不复杂，影响效果的因素却很多，后期管理维护也比较复杂，想达到预期的效果确非易事，这是一个费力不讨好的活，最后老板还是感觉是你能力不足。建议找专做CDN的公司，费用也不贵，有抗流量攻击能力，效果也很好，运维也少很多事，何乐而不为呢！

　　第二层：反向代理（网页缓存）

　　如果CDN没有缓存要请求的数据则向这层发起请求，在代理服务器配置缓存功能（本地），代理服务器就查找本地缓存是否有CDN请求的数据，如果有就直接返回给CDN，如果没有则请求后端负载均衡器然后转发给WEB服务器返回数据给代理服务器，代理服务器再将结果给CDN。代理服务器一般缓存不经常变动的静态页面，如image、js、css、html等，主流的缓存软件有Squid、Varnish、Nginx。

　　第三层：负载均衡

　　访问量较大的网站都会用到负载均衡，因为这是解决单台服务器性能瓶颈的最好办法。反向代理将请求转发给负载均衡器，负载均衡器根据算法（轮训、负载情况选择后端等）交给后端WEB服务处理，WEB服务处理完成后直接返回数据给反向代理服务器。负载均衡合理分配请求给后端多台WEB服务器，减轻单台服务器并发负载，并保证服务可用性。主流的负载均衡软件有LVS、HAProxy、Nginx。

　　第四层：WEB服务

　　WEB服务是处理用户请求的，WEB服务处理效率，直接影响到访问速度，为避免这层因素造成访问慢，应对其进行调优，让WEB服务发挥到最佳状态。常见的WEB服务有Apache和Nginx。

　　Apache优化：

　　1).mod_deflate压缩模块

　　查看是否加载：

# apachectl –M |grep deflate

　　如果没有安装使用apxs编译进去：

# /usr/local/apache/bin/apxs –c –I –A apache源码目录/modules/mod_deflate.c

　　deflate配置参数：

<IfModulemod_deflate.c>
DeflateCompressionLevel6      #压缩等级（1-9），数值越大效率越高，消耗CPU也就越高
SetOutputFilterDEFLATE      #启用压缩
AddOutputFilterByTypeDEFLATE text/html text/plain text/xml #压缩类型
AddOutputFilterByTypeDEFLATE css js html htm xml php  
</IfModule>

　　2).mod_expires缓存模块

　　查看是否加载：

# apachectl –M |grep expires

　　如果没有安装使用apxs编译进去：

# /usr/local/apache/bin/apxs –c –I –A apache源码目录/modules/mod_expires.c

　　再在httpd.conf启用模块：LoadModule expires_module modules/mod_expires.so 

　　缓存机制有三种用法：全局、目录和虚拟主机

　　全局配置，在配置文件末尾添加：

<IfModulemod_expires.c>
ExpiresActiveon       #启用有效期控制，会自动清除已过期的缓存，然后从服务器获取新的
ExpiresDefault "accessplus 1 days"       #默认任意格式的文档都是1天后过期
ExpiresByTypetext/html "access plus 12 months"  
ExpiresByTypeimage/jpg "access plus 12 months"   #jpg格式图片缓存12月
</IfModule>

　　3).工作模式选择及优化

　　apache有两种常见工作模式，worker和prefork，默认是worker，是混合型的MPM（多路处理模块），支持多进程和多线程，由线程来处理请求，所以可以处理更多请求，提高并发能力，系统资源开销也小于基于进程的MPM，由于线程使用进程内存空间，进程崩溃会导致其下线程崩溃。而prefork是非线程型MPM，进程占用系统资源也比worker多，由于进程处理连接，在工作效率上也比worker更稳定。可通过apache2 –l查看当前工作模式，在编译时使用—with-mpm参数指定工作模式。根据自己业务需求选择不同工作模式，再适当增加工作模式相关参数，可提高处理能力。

　　配置参数说明：

<IfModuleprefork.c>
StartServers      8   #默认启动8个httpd进程
MinSpareServers    5    #最小的空闲进程数
MaxSpareServers    20   #最大的空闲进程数，如果大于这个值，apache会自动kill一些进程
ServerLimit      256   #服务器允许进程数的上限
MaxClients       256  #同时最多发起多少个访问，超过则进入队列等待
MaxRequestsPerChild  4000  #每个进程启动的最大线程
</IfModule>

　　Nginx优化：

　　1).gzip压缩模块

http {
    ……
    gzip on;
    gzip_min_length 1k;   #允许压缩的页面最小字节数，默认是0，多大都压缩，小于1k的可能适得其反
    gzip_buffers 4 16k;   #gzip申请内存的大小，按数据大小的4倍去申请内存
    gzip_http_version 1.0;  #识别http协议版本
    gzip_comp_level 2;    #压缩级别，1压缩比最小，处理速度最快，9压缩比最大，处理速度最慢
    gzip_types text/plainapplication/x-javascripttext/css application/xml image/jpg;  #压缩数据类型
    gzip_vary on;      #根据客户端的http头来判断，是否需要压缩
}

　　2).expires缓存模块

server {
    location ~ .*\.(gif|jpg|png|bmp|swf)$   #缓存数据后缀类型
    {
      expires 30d;   #使用expires缓存模块，缓存到客户端30天
    }
    location ~ .*\.( jsp|js|css)?$
    {
      expires 1d;
    }
}

　　3).fastcgi优化

　　nginx不支持直接调用或者解析动态程序（php），必须通过fastcgi（通用网关接口）来启动php-fpm进程来解析php脚本。也就是说用户请求先到nginx，nginx再将动态解析交给fastcgi，fastcgi启动php-fpm解析php脚本。所以我们有必要对fastcgi和php-fpm进行适当的参数优化。

http {
    ……
    fastcgi_cache_path/usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2 keys_zone=TEST:10m inactive=5m;  
    # FastCGI缓存指定一个文件路径、目录结构等级、关键字区域存储时间和非活动删除时间
    fastcgi_connect_timeout 300;    #指定连接到后端FastCGI的超时时间
    fastcgi_send_timeout 300;     #指定向FastCGI传送请求的超时时间
    fastcgi_read_timeout 300;     #指定接收FastCGI应答的超时时间
    fastcgi_buffer_size 64k;      #指定读取FastCGI应答第一部分需要多大的缓冲区
    fastcgi_buffers 4 64k;      #指定本地需要用多少盒多大的缓冲区来缓冲FastCGI的应答请求
    fastcgi_busy_buffers_size 128k;   
    fastcgi_temp_file_write_size 128k;  #表示在写入缓存文件时使用多大的数据块，默认值是fastcgi_buffers的两倍
    fastcgi_cache TEST;          #开启fastcgi_cache缓存并指定一个TEST名称
    fastcgi_cache_valid 200 302 1h;   #指定200、302应答代码的缓存1小时
    fastcgi_cache_valid 301 1d;     #将301应答代码缓存1天
    fastcgi_cache_valid any 1m;     #将其他应答均缓存1分钟
{

　　php-fpm.conf配置参数：

pm =dynamic        #两种控制子进程方式（static和dynamic）
pm.max_children= 5     #同一时间存活的最大子进程数
pm.start_servers= 2    #启动时创建的进程数
pm.min_spare_servers= 1  #最小php-fpm进程数
pm.max_spare_servers= 3  #最大php-fpm进程数

　　4).proxy_cache本地缓存模块

http {
        ……
   proxy_temp_path  /usr/local/nginx/proxy_cache/temp;    #缓存临时目录
   proxy_cache_path /usr/local/nginx/proxy_cache/cache levels=1:2 keys_zone=one:10m inactive=1d max_size=1g;
   #缓存文件实际目录，levels定义层级目录，1:2说明1是一级目录，2是二级目录，keys_zone存储元数据，并分配10M内存空间。inctive表示1天没有被访问的缓存就删除，默认10分钟。max_size是最大分配磁盘空间
   server {
      listen 80;
      server_name 192.168.1.10;
      location / {
        proxy_cache one;   #调用缓存区
        #proxy_cache_valid 200 304 12h; #可根据HTTP状态码设置不同的缓存时间
        proxy_cache_valid any  10m;    #缓存有效期为10分钟
      }
      #清除URL缓存，允许来自哪个网段的IP可以清除缓存（需要安装第三方模块"ngx_cache_purge"）,清除URL缓存方法：访问http://192.168.1.10/purge/文件名
      location ~ /purge(/.*){
        allow 127.0.0.1;
        allow 192.168.1.0/24;
        deny all;
        proxy_cache_purge cache_one$host$1$is_args$args;
      }
 }

　　小结：

　　启用压缩模块可以节省一部分带宽，会增加WEB端CPU处理，但在上图网站架构中，WEB端启用压缩模块并没有起到作用，因为传输到上层走的是局域网。对于直接面向用户的架构还是要启用的。WEB也不用启用expires模块，因为有了反向代理服务器和CDN，所以到不了用户浏览器，开启起不到作用。

　　如果反向代理使用nginx做代理，可开启expires模块，将静态文件缓存到用户浏览器，浏览器发起请求时，先判断本地缓存是否有请求的数据，如果有再判断是否过期，如果不过期就直接浏览缓存数据，哪怕服务器资源已经改变，所以要根据业务情况合理设置过期时间。

　　5）. 利用PHP缓存器提高代码执行效率

　　php程序在没有使用缓存器情况下，每次请求php页面，php都会对此页面进行代码编译，这就意味着重复的编译工作会增加服务器负载。有了缓存器就会把每次编译后的数据缓存到共享内存中，下次访问直接使用缓冲区已编译好的代码，从而避免重复的编译过程，以加快其执行效率。因此PHP网站使用缓存器是完全有必要的！主流的PHP缓存器有：eAccelerator、XCache

　　第五层：动静分离

　　动静分离，顾名思义，是将动态页面和静态页面分离到不同服务器上处理，比如使用web是nginx，可以让fastcgi部署到单独一台服务器，专门解析php动态页面，静态页面默认由nginx处理，并做好缓存策略。再比如一个商城网站，会有大量的图片，可以考虑增加文件服务器组，将请求图片和上传图片的都交给文件服务器处理。文件服务器主流使用NFS，存在单点故障，可以DRBD+HeartBeat+NFS部署高可用，如果单台压力过大，考虑使用分布式文件系统，如GlusterFS、MooseFS等。

　　DRBD+HeartBeat+NFS博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1362539

　　第六层：数据库缓存

　　利用缓存技术，把热数据缓存到内存中，如果请求的数据在缓存中，就直接返回，否则去数据库中取，并更新把拿的数据更新到缓存系统，提高读性能，降低数据库压力。缓存实现有本地缓存和分布式缓存，本地缓存是将数据缓存到本地服务器内存中或者文件中。分布式缓存是将数据缓存到内存中，是分布式的，可以缓存海量数据，扩展性好。主流的分布式缓存系统有Memcached和Redis，Memcached性能稳定，速度很快，QPS可达8w左右。如果想数据持久化就选择用Redis，性能不低于Memcached。

　　第七层：数据库

　　这层在整个网站架构中起着主导型作用，直接决定用户体验，相对架构优化也比较复杂，具体请参考博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1657465

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