PHP の垂直スケーリング

インターネット技術の継続的な進歩に伴い、Web アプリケーションのユーザー数は増加し続けており、サーバーのパフォーマンス要件もますます高くなっています。負荷分散のために複数のサーバーを使用すると、Web アプリケーションのパフォーマンスと信頼性はある程度向上しますが、コストも飛躍的に増加します。そのため、単一サーバーのパフォーマンスをいかに向上させるかが、Web アプリケーション開発者や運用保守担当者の焦点となっています。この場合、垂直スケーリングが広く採用されるソリューションになりました。

垂直拡張とは、単一サーバーの CPU、メモリ、ディスクなどのハードウェア リソースを増やすことでサーバーのパフォーマンスを向上させることです。垂直拡張は、水平拡張（サーバー台数の増加）に比べて、既存システムの大規模な調整や再構築を必要としない単純かつ直接的な拡張ですが、その一方でリスクや課題も伴います。

PHP アプリケーションでは、垂直拡張ソリューションには主に次の側面が含まれます。

1. CPU

マルチコア CPU の時代では、PHP アプリケーションは次の要素を使用します。マルチコアCPUの性能を最大限に活用するマルチスレッドまたはマルチプロセス。たとえば、PHP-FPM 拡張機能は、さまざまなユーザー要求に応じて複数の独立したプロセスを作成して、PHP アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができるマルチプロセス管理メカニズムを提供します。

マルチプロセス メカニズムに加えて、マルチスレッド コードを記述することで CPU のマルチコア リソースを利用することもできます。ただし、PHP はインタープリタ型スクリプト言語であるため、複雑なマルチスレッド コードの作成には適しておらず、PHP のスレッド セーフ性はあまり高くありません。したがって、複数プロセスのシナリオがより一般的です。

2. メモリ

PHP アプリケーションが大量のデータを処理する場合、過剰なメモリ使用の問題が頻繁に発生します。サーバーのメモリが不十分な場合、PHP アプリケーションの実行が遅くなったり、クラッシュしたりする可能性があります。この問題を解決するには、サーバーのメモリ容量を増やすことで PHP アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。

さらに、PHP のガベージ コレクション メカニズムもメモリ使用量に影響します。 PHP ガベージ コレクション メカニズムのパラメーターを調整することで、PHP アプリケーションのパフォーマンスとメモリ使用量を最適化できます。たとえば、php.ini 設定ファイルの gc_probability および gc_divisor パラメータを調整して、ガベージ コレクション メカニズムのトリガー確率と効率を制御できます。

3. ディスク

PHP アプリケーションでは、データベース アクセス、ファイルのアップロードとダウンロードなど、大量のデータの読み取りと書き込みが必要になることがよくあります。これらの操作は、PHP アプリケーションのパフォーマンスのボトルネックになる可能性があります。 PHP アプリケーションのディスク IO パフォーマンスを向上させるには、次の方法で最適化できます:

• ソリッド ステート ドライブ (SSD) などの高性能ディスク ストレージ デバイスを使用します。
#Memcached、Redis などのキャッシュ テクノロジを使用して、頻繁に読み書きされるデータをメモリにキャッシュして、ディスク IO 操作の数を削減します。
• PHP アプリケーションのコードとアルゴリズムを最適化して、ディスク IO 操作の数を削減します。不必要なディスク IO 操作;
Swoole 拡張機能などのイベント駆動型アーキテクチャを採用して、PHP アプリケーションを非同期 IO モデルに変換し、IO 操作のブロックを回避します。

ネットワーク

PHP アプリケーションのネットワーク IO パフォーマンスは、主にネットワーク帯域幅や遅延などの要因によって影響を受けます。アプリケーションが大量のネットワーク リクエストを処理する必要がある場合は、ネットワーク IO パフォーマンスを向上させる方法を検討する必要があります。

ネットワーク IO パフォーマンスを最適化するには、次の方法を使用できます:

高性能サーバーとネットワーク機器を使用して、帯域幅と速度を向上させます。画像、CSS、JS などの静的リソースを変更して、サーバーによるこれらのリソースの処理を削減するために CDN でホストされます。
• ネットワーク プロトコルと通信モデルを最適化して、ネットワーク遅延とデータ送信時間を削減します。
Websocket を使用する 等長接続テクノロジにより、ネットワーク ハンドシェイクなどのオーバーヘッドが軽減されます。
• PHP アプリケーションの垂直拡張を行う場合、「ボトルネックの最適化」と「安定性」の 2 つの原則を実装する必要があります。ボトルネックを最適化するとアプリケーションのパフォーマンスを向上させることができますが、最適化しすぎるとシステムの安定性と信頼性に影響を与えるため注意する必要があります。安定性は垂直方向の拡張にとって重要な要素であり、単一障害点を避けるためにシステムの高可用性と耐障害性を確保する必要があります。これを行うには、適切な垂直方向の拡張ソリューションを決定するために、適切なテストとリスク評価が必要です。

つまり、垂直拡張は単一サーバーのパフォーマンスを向上させる効果的なソリューションであり、PHP アプリケーションでも広く使用されています。 CPU、メモリ、ディスク、ネットワーク リソースを増やすことで、PHP アプリケーションのパフォーマンスと信頼性を向上させ、ユーザーのニーズとサービス要件を満たすことができます。

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