中小型網站架構分析及最佳化

先看網站架構圖：

　以上網站架構廣泛運用中大型網站中，本文從架構每一層分析所用主流技術和解決手段，有助於初入網站運維朋友們，進一步對網站架構認識，從而自己形成一套架構概念。

　　第一層：CDN

　　國內網路分佈主要南電信北聯通，造成跨地區訪問延遲大問題，對於有一定訪問量網站來說，增加CDN（內容分發網絡）層可有效改善此現象，也是網站加速的最好選擇。 CDN把網站頁面緩存到全國分佈的節點上，用戶訪問時從最近的機房獲取數據，這樣大大減少網絡訪問的路徑。如果想自己搭建CDN，不建議這麼做，因為什麼呢？其實說穿了，就是什麼事別往運維上攔。 CDN架構部署不複雜，影響效果的因素卻很多，後期管理維護也比較複雜，想達到預期的效果確非易事，這是一個費力不討好的活，最後老闆還是覺得是你能力不足。建議找專做CDN的公司，費用也不貴，有抗流量攻擊能力，效果也很好，維運也少很多事，何樂而不為呢！

　第二層：反向代理（網頁快取）

　　如果CDN沒有快取要請求的資料則向這層發起請求，在代理伺服器配置快取功能（本地），代理伺服器就查找本地快取是否有CDN請求的數據，如果有就直接返回給CDN，如果沒有則請求後端負載平衡器然後轉發給WEB伺服器返回數據給代理伺服器，代理伺服器再將結果給CDN。代理伺服器一般快取不常變動的靜態頁面，如image、js、css、html等，主流的快取軟體有Squid、Varnish、Nginx。

　　第三層：負載平衡

　　訪問量較大的網站都會用到負載平衡，因為這是解決單一伺服器效能瓶頸的最佳方法。反向代理將請求轉發給負載平衡器，負載平衡器根據演算法（輪訓、負載情況選擇後端等）交給後端WEB服務處理，WEB服務處理完成後直接傳回資料給反向代理伺服器。負載平衡合理分配請求給後端多台WEB伺服器，減輕單一伺服器並發負載，並保證服務可用性。主流的負載平衡軟體有LVS、HAProxy、Nginx。

　　第四層：WEB服務

　　WEB服務是處理用戶請求的，WEB服務處理效率，直接影響到訪問速度，為避免這層因素造成訪問慢，應對其進行調優，讓WEB服務發揮到最佳狀態。常見的WEB服務有Apache和Nginx。

　　Apache最佳化：

　　1).mod_deflate壓縮模組

　　查看是否載入：

# apachectl –M |grep deflate

      

2).mod_expires快取模組

　　查看是否載入：

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

    如果沒有安裝使用apxs編譯進去：

<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>

      

　　快取機制有三種用法：全域、目錄與虛擬主機

　　全域配置，在設定檔末尾新增：

# apachectl –M |grep expires

   

　　3).工作模式選擇及最佳化

　　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。

　第六层：数据库缓存

　　利用快取技術，把熱資料快取到記憶體中，如果請求的資料在快取中，就直接返回，否則去資料庫中取，並更新把拿的資料更新到快取系統，提高讀取效能，降低資料庫壓力。快取實作有本地快取和分散式緩存，本地快取是將資料快取到本地伺服器記憶體或檔案。分散式快取是將資料快取到記憶體中，是分散式的，可以快取大量數據，擴展性佳。主流的分散式快取系統有Memcached和Redis，Memcached效能穩定，速度很快，QPS可達8w左右。如果想資料持久化就選擇用Redis，效能不低於Memcached。

　　第七層：資料庫

　　這層在整個網站架構中起著主導型作用，直接決定用戶體驗，相對架構優化也比較複雜。