高性能Web服务之LNMP架构应用

传统上基于进程或线程模型架构的web服务通过每进程或每线程处理并发连接请求，这势必会在网络和I/O操作时产生阻塞，其另一个必然结果则是对内存或CPU的利用率低下。生成一个新的进程/线程需要事先备好其运行时环境，这包括为其分配堆内存和栈内存，以及为其创建新的执行上下文等。这些操作都需要占用CPU，而且过多的进程/线程还会带来线程抖动或频繁的上下文切换，系统性能也会由此进一步下降。

在设计的最初阶段，nginx的主要着眼点就是其高性能以及对物理计算资源的高密度利用，因此其采用了不同的架构模型。受启发于多种操作系统设计中基于“事件”的高级处理机制，nginx采用了模块化、事件驱动、异步、单线程及非阻塞的架构，并大量采用了多路复用及事件通知机制。在nginx中，连接请求由为数不多的几个仅包含一个线程的进程worker以高效的回环(run-loop)机制进行处理，而每个worker可以并行处理数千个的并发连接及请求。

如果负载以CPU密集型应用为主，如SSL或压缩应用，则worker数应与CPU数相同；如果负载以IO密集型为主，如响应大量内容给客户端，则worker数应该为CPU个数的1.5或2倍。

Nginx会按需同时运行多个进程：一个主进程(master)和几个工作进程(worker)，配置了缓存时还会有缓存加载器进程(cache loader)和缓存管理器进程(cache manager)等。所有进程均是仅含有一个线程，并主要通过“共享内存”的机制实现进程间通信。主进程以root用户身份运行，而worker、cache loader和cache manager均应以非特权用户身份运行。

主进程主要完成如下工作：
1. 读取并验正配置信息；
2. 创建、绑定及关闭套接字；
3. 启动、终止及维护worker进程的个数；
4. 无须中止服务而重新配置工作特性；
5. 控制非中断式程序升级，启用新的二进制程序并在需要时回滚至老版本；
6. 重新打开日志文件，实现日志滚动；
7. 编译嵌入式perl脚本；

worker进程主要完成的任务包括：
1. 接收、传入并处理来自客户端的连接；
2. 提供反向代理及过滤功能；
3. nginx任何能完成的其它任务；

cache loader进程主要完成的任务包括：
1. 检查缓存存储中的缓存对象；
2. 使用缓存元数据建立内存数据库；

cache manager进程的主要任务：
1. 缓存的失效及过期检验；

Nginx的配置有着几个不同的上下文：main、http、server、upstream和location(还有实现邮件服务反向代理的mail)。配置语法的格式和定义方式遵循所谓的C风格，因此支持嵌套，还有着逻辑清晰并易于创建、阅读和维护等优势。

Nginx的代码是由一个核心和一系列的模块组成, 核心主要用于提供Web Server的基本功能，以及Web和Mail反向代理的功能；还用于启用网络协议，创建必要的运行时环境以及确保不同的模块之间平滑地进行交互。不过，大多跟协议相关的功能和某应用特有的功能都是由nginx的模块实现的。这些功能模块大致可以分为事件模块、阶段性处理器、输出过滤器、变量处理器、协议、upstream和负载均衡几个类别，这些共同组成了nginx的http功能。事件模块主要用于提供OS独立的(不同操作系统的事件机制有所不同)事件通知机制如kqueue或epoll等。协议模块则负责实现nginx通过http、tls/ssl、smtp、pop3以及imap与对应的客户端建立会话。

在nginx内部，进程间的通信是通过模块的pipeline或chain实现的；换句话说，每一个功能或操作都由一个模块来实现。例如，压缩、通过FastCGI或uwsgi协议与upstream服务器通信，以及与memcached建立会话等。

一、安装Nginx：

1、解决依赖关系

编译安装nginx需要事先需要安装开发包组"Development Tools"和 "Server Platform Libraries"。同时，还需要专门安装pcre-devel包：
# yum -y groupinstall "Development Tools" "Server Platform Libraries"
# yum -y install pcre-devel openssl-devel

2、安装

首先添加用户nginx，实现以之运行nginx服务进程：

# groupadd -r nginx
# useradd -r -g nginx nginx

接着开始编译和安装nginx：
# tar xf nginx-1.11.3.tar.gz
# cd nginx-1.11.3
# ./configure --prefix=/usr/local/nginx \
> --sbin-path=/usr/local/nginx/sbin/nginx \
> --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf \
> --error-log-path=/var/log/nginx/error.log \
> --http-log-path=/var/log/nginx/access.log \
> --pid-path=/var/run/nginx/nginx.pid  \
> --lock-path=/var/lock/nginx.lock \
> --user=nginx \
> --group=nginx \
> --with-http_ssl_module \
> --with-http_stub_status_module \
> --with-http_gzip_static_module \
> --with-http_flv_module \
> --with-http_mp4_module \
> --http-client-body-temp-path=/var/tmp/nginx/client/ \
> --http-proxy-temp-path=/var/tmp/nginx/proxy/ \
> --http-fastcgi-temp-path=/var/tmp/nginx/fcgi/ \
> --http-uwsgi-temp-path=/var/tmp/nginx/uwsgi/ \
> --http-scgi-temp-path=/var/tmp/nginx/scgi/ \
> --with-pcre
# make && make install

3、为nginx提供SysV init脚本:

新建文件/etc/rc.d/init.d/nginx，内容如下：
# vim /etc/rc.d/init.d/nginx
#!/bin/sh
#
# nginx - this script starts and stops the nginx daemon
#
# chkconfig:  - 85 15 
# description:  Nginx is an HTTP(S) server, HTTP(S) reverse \
#              proxy and IMAP/POP3 proxy server
# processname: nginx
# config:      /etc/nginx/nginx.conf
# config:      /etc/sysconfig/nginx
# pidfile:    /var/run/nginx/nginx.pid
 
# Source function library.
. /etc/rc.d/init.d/functions
 
# Source networking configuration.
. /etc/sysconfig/network
 
# Check that networking is up.
[ "$NETWORKING" = "no" ] && exit 0
 
nginx="/usr/local/nginx/sbin/nginx"
prog=$(basename $nginx)
 
NGINX_CONF_FILE="/etc/nginx/nginx.conf"
 
[ -f /etc/sysconfig/nginx ] && . /etc/sysconfig/nginx
 
lockfile=/var/lock/subsys/nginx
 
make_dirs() {
  # make required directories
  user=`nginx -V 2>&1 | grep "configure arguments:" | sed 's/[^*]*--user=\([^ ]*\).*/\1/g' -`
  options=`$nginx -V 2>&1 | grep 'configure arguments:'`
  for opt in $options; do
      if [ `echo $opt | grep '.*-temp-path'` ]; then
          value=`echo $opt | cut -d "=" -f 2`
          if [ ! -d "$value" ]; then
              # echo "creating" $value
              mkdir -p $value && chown -R $user $value
          fi
      fi
  done
}
 
start() {
    [ -x $nginx ] || exit 5
    [ -f $NGINX_CONF_FILE ] || exit 6
    make_dirs
    echo -n $"Starting $prog: "
    daemon $nginx -c $NGINX_CONF_FILE
    retval=$?
    echo
    [ $retval -eq 0 ] && touch $lockfile
    return $retval
}
 
stop() {
    echo -n $"Stopping $prog: "
    killproc $prog -QUIT
    retval=$?
    echo
    [ $retval -eq 0 ] && rm -f $lockfile
    return $retval
}
 
restart() {
    configtest || return $?
    stop
    sleep 1
    start
}
 
reload() {
    configtest || return $?
    echo -n $"Reloading $prog: "
    killproc $nginx -HUP
    RETVAL=$?
    echo
}
 
force_reload() {
    restart
}
 
configtest() {
  $nginx -t -c $NGINX_CONF_FILE
}
 
rh_status() {
    status $prog
}
 
rh_status_q() {
    rh_status >/dev/null 2>&1
}
 
case "$1" in
    start)
        rh_status_q && exit 0
        $1
        ;;
    stop)
        rh_status_q || exit 0
        $1
        ;;
    restart|configtest)
        $1
        ;;
    reload)
        rh_status_q || exit 7
        $1
        ;;
    force-reload)
        force_reload
        ;;
    status)
        rh_status
        ;;
    condrestart|try-restart)
        rh_status_q || exit 0
            ;;
    *)
        echo $"Usage: $0 {start|stop|status|restart|condrestart|try-restart|reload|force-reload|configtest}"
        exit 2
esac

而后为此脚本赋予执行权限：
# chmod +x /etc/rc.d/init.d/nginx

添加至服务管理列表，并让其开机自动启动：
# chkconfig --add nginx
# chkconfig nginx on

配置nginx常用环境变量

--配置nginx程序执行环境变量
# echo "export PATH=/usr/local/nginx/sbin:$PATH" > /etc/profile.d/nginx.sh
# . /etc/profile.d/nginx.sh 
--配置nginx语法着色
# mkdir .vim
# cp -ra /usr/src/nginx-1.11.3/contrib/vim/* .vim/

而后就可以启动服务并测试了：
# service nginx start

以上为LNMP架构nginx配置过程。

二、安装mysql-5.5.28

1、准备数据存放的文件系统
新建一个逻辑卷，并将其挂载至特定目录即可。过程如下:
--新建大小为20G的分区为LVM
# fdisk -l /dev/sda | grep sda3
/dev/sda3            7675      10286    20976471  8e  Linux LVM
--新建物理逻辑卷
# pvcreate /dev/sda3
--新建逻辑卷组
# vgcreate myvg /dev/sda3
--新建大小为15G的逻辑卷
# lvcreate -L 15G -n mydata myvg
# mke2fs -t ext4 /dev/myvg/mydata

这里假设其逻辑卷的挂载目录为/mydata，而后需要创建/mydata/data目录做为mysql数据的存放目录。
# mkdir /mydata
# vim /etc/fstab 
/dev/myvg/mydata        /mydata                ext4    defaults,acl        0 0
# mount -a
# mkdir /mydata/data

2、新建用户以安全方式运行进程：

# groupadd -r mysql
# useradd -g mysql -r -s /sbin/nologin -M -d /mydata/data mysql
# mkdir /mydata/binlogs
# chown -R mysql:mysql /mydata/data/
# chown -R mysql:mysql /mydata/binlogs

3.安装编译代码需要的包
# yum -y install ncurses-devel  cmake
# rpm -ivh bison-devel-2.4.1-5.el6.x86_64.rpm

4、安装并初始化mysql-5.6.32
# tar xf mysql-5.6.32.tar.gz
# cd mysql-5.6.32
# cmake . -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local/mysql \
> -DMYSQL_DATADIR=/mydata/data \
> -DSYSCONFDIR=/etc \
> -DWITH_INNOBASE_STORAGE_ENGINE=1 \
> -DWITH_ARCHIVE_STORAGE_ENGINE=1 \
> -DWITH_BLACKHOLE_STORAGE_ENGINE=1 \
> -DWITH_READLINE=1 \
> -DWITH_SSL=system \
> -DWITH_ZLIB=system \
> -DWITH_LIBWRAP=0 \
> -DMYSQL_UNIX_ADDR=/tmp/mysql.sock \
> -DDEFAULT_CHARSET=utf8 \
> -DDEFAULT_COLLATION=utf8_general_ci
# make && make install

5、授予mysql程序目录权限:
# cd /usr/local/mysql/
# chown -R :mysql /usr/local/mysql/

6、初始化mysql数据基本目录及库文件
# scripts/mysql_install_db --user=mysql --datadir=/mydata/data/

7、为mysql提供主配置文件
# cp support-files/my-default.cnf /etc/my.cnf 
# vim /etc/my.cnf
[mysqld]
port        = 3306
socket        = /tmp/mysql.sock
skip-external-locking
key_buffer_size = 256M
max_allowed_packet = 1M
table_open_cache = 256
sort_buffer_size = 1M
read_buffer_size = 1M
read_rnd_buffer_size = 4M
myisam_sort_buffer_size = 64M
thread_cache_size = 8
query_cache_size= 16M
thread_concurrency = 2
datadir = /mydata/data
innodb_file_per_table = on
binlog_format=mixed
log-bin=/mydata/binlogs/mysql-binlog
server-id = 1

8、为mysql提供SysV init脚本:
# cp support-files/mysql.server /etc/init.d/mysqld
# chkconfig --add mysqld

9、配置mysql常用环境变量

--配置mysql程序执行环境变量
# echo "export PATH=/usr/local/mysql/bin/:$PATH" > /etc/profile.d/mysql.sh
# . /etc/profile.d/mysql.sh

10、提供man手册至man命令的查找路径
# vim/etc/man.config --加入下行内容
MANPATH    /usr/local/mysql/man

11、输出mysql的头文件至系统头文件路径
# ln -sv /usr/local/mysql/include /usr/include/mysql

12、输出MariaDB的库文件给系统的查找路径
# echo "/usr/local/mysql/lib" > /etc/ld.so.conf.d/mysql.conf
# ldconfig 
# ldconfig -v | grep mysql

以上为mysql编译安装过程

三、编译安装php-5.6.18
1、解决依赖关系
# yum -y install pcre-devel openssl-devel libxml2-devel bzip2-devel 
# yum -y install php-gd freetype-devel libjpeg-devel libpng-devel 
# yum -y install libmcrypt-2.5.8-9.el6.x86_64.rpm
# yum -y install libmcrypt-devel-2.5.8-9.el6.x86_64.rpm
#  yum -y install mhash-0.9.9.9-3.el6.x86_64.rpm 
#  yum -y install mhash-devel-0.9.9.9-3.el6.x86_64.rpm 
#  yum -y install libcurl-devel

2、编译安装
# tar xf php-5.6.18.tar.gz
# cd php-5.6.18
./configure --prefix=/usr/local/php \
--with-config-file-path=/usr/local/php/etc \
--enable-inline-optimization \
--disable-debug \
--disable-rpath \
--enable-shared \
--enable-opcache \
--enable-fpm \
--with-mysql=/usr/local/mysql \
--with-mysqli=/usr/local/mysql/bin/mysql_config \
--with-pdo-mysql=/usr/local/mysql \
--with-gettext \
--enable-mbstring \
--with-iconv \
--with-mcrypt \
--with-mhash \
--with-openssl \
--enable-bcmath \
--enable-soap \
--with-libxml-dir \
--enable-pcntl \
--enable-shmop \
--enable-sysvmsg \
--enable-sysvsem \
--enable-sysvshm \
--enable-sockets \
--with-curl \
--with-zlib \
--enable-zip \
--with-bz2 \
--with-gd \
--with-freetype-dir \
--with-jpeg-dir \
--with-png-dir
# make -j 4 && make install

3、为php提供配置文件
# cp php.ini-production /usr/local/php/etc/php.ini 
# vim /usr/local/php/etc/php.ini
date.timezone = Asia/Shanghai

4、为php-fpm提供Sysv init脚本，并将其添加至服务列表：

# cp sapi/fpm/init.d.php-fpm  /etc/rc.d/init.d/php-fpm
# chmod +x /etc/rc.d/init.d/php-fpm
# chkconfig --add php-fpm
# chkconfig php-fpm on

5、为php-fpm提供配置文件：
# cp /usr/local/php/etc/php-fpm.conf.default /usr/local/php/etc/php-fpm.conf

6、编辑php-fpm的配置文件：

# vim /usr/local/php/etc/php-fpm.conf

配置fpm的相关选项为你所需要的值，并启用pid文件（如下最后一行）：

1234567 pm.max_children = 50
pm.start_servers = 5
pm.min_spare_servers = 2      #这个数值不能大于start_server，想想知道，不然php服务起不来
pm.max_spare_servers = 8
pid = /usr/local/php/var/run/php-fpm.pid
--检查配置文件正确性
# /usr/local/php/sbin/php-fpm -t

7、配置php命令环境变量
# echo "export PATH=/usr/local/php/bin/:$PATH" > /etc/profile.d/php.sh
# . /etc/profile.d/php.sh

8、接下来就可以启动php-fpm了：

# service php-fpm start

使用如下命令来验证（如果此命令输出有中几个php-fpm进程就说明启动成功了）：

1 # ps aux | grep php-fpm

9、整合nginx和php5
1、编辑/etc/nginx/nginx.conf，配置如下:

并在所支持的主页面格式中添加php格式的主页，类似如下：
location / {
    root  html;
    index  index.php index.html index.htm;
}
启用如下选项：
location ~ \.php$ {
    root                html;
    fastcgi_pass        127.0.0.1:9000;
    fastcgi_index      index.php;
    fastcgi_param      SCRIPT_FILENAME $document_root$fastcgi_script_name;
    include            fastcgi_params;
}

2、在/usr/local/nginx/html新建index.php的测试页面，测试php是否能正常工作：

# cat > /usr/local/nginx/html/index.php << EOF
> <?php
> phpinfo();
> ?>
> EOF

接着就可以通过浏览器访问此测试页面了。

五、安装xcache，为php加速
1、安装
# tar xf xcache-3.2.0.tar.gz 
# cd xcache-3.2.0
# /usr/local/php/bin/phpize 
Configuring for:
PHP Api Version:        20131106
Zend Module Api No:      20131226
Zend Extension Api No:  220131226
# ./configure --enable-xcache --with-php-config=/usr/local/php/bin/php-config 
# make && make install

安装结束时，会出现类似如下行：

1 Installing shared extensions:    /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20131226/

2、编辑php.ini，整合php和xcache：

首先将xcache提供的样例配置导入php.ini

# mkdir /etc/php.d
# cp xcache.ini /etc/php.d

说明：xcache.ini文件在xcache的源码目录中。

接下来编辑/etc/php.d/xcache.ini，找到extension开头的行，修改为如下行：

extension = /usr/local/php/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-20131226/xcache.so
 
--将配置追加至php.ini配置文件中
# cat /etc/php.d/xcache.ini >> /usr/local/php/etc/php.ini

3、重新启动php-fpm及nginx

# service php-fpm restart
# service nginx restart

4、测试访问如下所示:

以上为lnmp架构应用所有内容。