Nginx和Apache有什么不同？

2 年 ago

科, 雅

1 minute

首先

当使用Web服务器时，你经常听到Nginx和Apache这两个词，不是吗？
但是你有没有觉得对它们的区别不是很清楚呢？（如果只是我一个人不知道的话，我很抱歉笑）
顺便说一下，我对其没有任何根据的印象是“Nginx似乎更受欢迎，更好一些…”。
由于我想更加准确地理解，所以这次我决定将这个区别写成一篇文章。
请务必读完到最后哦！
另外，Nginx和Apache分别读作“エンジンエックス”和“アパッチ”。

首先，Nginx和Apache是什么？

Nginx和Apache是Web服务器软件。
在服务器上安装这些软件，即可具备作为Web服务器的功能。

在2021年12月，Nginx和Apache在Web服务器软件领域拥有绝对的市场份额。

引用：『TECH+ マイナビニュース 12月份网络服务器份额，Apache增加』

結論是，Nginx和Apache之間的差異在哪裡。

Nginx能够更好地处理大量并发访问，相对于Apache来说。
这个问题的关键在于C10K问题。
C10K问题是指能够同时处理1万个连接的难题，如果你搜索一下，会发现有以下的描述。

我们将「即使硬件性能没有问题，但当客户端数量过多时，服务器会因为过载而崩溃的问题」定义为C10K问题。

引用：『技术评论者的博客：C10K问题』

无论是 CPU 还是内存的性能如何，如果客户端数量增多，Web 服务器的处理速度都无法跟得上。为了理解为什么会发生这种情况，我们将深入研究Web服务器的处理过程。

程序的执行方式究竟是怎样的？

由于Web服务器是通过程序实现的，所以首先我会简要介绍程序在服务器上是如何运行的。

当程序开始执行时，首先将其处理内容写入内存。这个处理内容被称为进程。另外，将进程细分为CPU的执行单元称为线程。CPU有一个称为核心的执行处理器，每个核心一次只能处理一个线程（参见下图）。

当进程或线程过多时，会产生哪些问题？

当进程或线程变得过多时，会出现以下问题。

コンテキストスイッチ※にオーバーヘッドが発生し、負荷が大きくなる

填补

※文件描述符
=> 在程序中操作文件时，为了识别和确定被操作的文件，被分配的编号。

※上下文切换
=> 这是CPU切换处理进程的操作。在处理多个进程时，要保存并恢复CPU的状态（上下文）。在此期间，CPU无法执行任何处理，因此如果上下文切换频繁发生，就会产生额外的开销。

由于像上面提到的问题，就会引发C10K问题。回到Apache和Nginx的问题，Apache会有大量的进程和线程，从而导致C10K问题，但是Nginx巧妙地避免了这个问题。接下来，我们将看一下Apache和Nginx在处理上的区别。

Apache是如何处理访问的？

Apache的处理主要有两种模式，分别是”prefork模式”和”worker模式”。
注意：还有一种称为事件驱动模式的模式，但由于Apache的事件驱动模式与worker模式相似，在此不予赘述。

无论是prefork模型还是worker模型，都有一个主控制进程。主控制进程的子进程用于处理请求。prefork模型会生成多个进程，每个进程只有一个线程。而worker模型会生成多个线程，对应一个进程。

无论是prefork模型还是worker模型，每次收到请求都会创建进程或线程进行处理。
随着访问量的增加，进程或线程的数量也会增加。
这就让人觉得Apache的处理可能会引发C10K问题。

让我们深入了解一下prefork模型和worker模型。

首先，让我们来看看prefork模型的处理。
每个进程只有一个线程，所以会为每个请求生成一个进程。
进程的最大数量※在32位Linux上是32768，在64位Linux上是4M，因此如果有这么多请求，处理进程将会崩溃。

由于CPU需要处理多个进程，因此会频繁发生上下文切换。

关于进程的最大数，所提及的数值是Linux的pid（进程id，具有唯一值）的最大数。由于还有其他进程存在，实际上能容忍的进程数会少于所提及的数值。

当解决方案采用worker模型（多线程）时，上述问题会在一定程度上得到缓解。worker模型允许进程拥有多个线程，这样发起的进程数量就会减少。由于进程数量减少，至少在一定程度上减轻了达到进程上限的压力。此外，同一个进程的线程共享内存空间，这减轻了内存空间切换的负担。

然而，很容易达到文件描述符的上限。
文件描述符的上限是每个进程 1,024。

因此，我们已经了解到，不管是prefork模型还是worker模型，在面临大量访问时，都可能出现C10K问题。

我们已经看了Apache的处理，现在要看Nginx的处理了。

Nginx如何处理访问请求

以下是一个选项：
Nginx的特点是能够在一个进程中处理多个访问（参见下图）。
在主进程下面有几个子进程（工作进程），每个工作进程都处理多个访问。
这是与Apache有明显的不同之处。

能够实现这种处理的机制是非阻塞I/O和事件驱动。
※ Nginx的I/O机制还有另一种异步I/O，但本文只介绍非阻塞I/O。

非阻塞I/O指的是不会阻塞处理的I/O（就是这样，笑）。
如果只有这样的话可能不太理解，所以首先我们来看看阻塞I/O处理时进程的执行流程。

処理完了&ブロック解除

在非阻塞I/O的情况下，不会被阻塞。
当向内核发出系统调用时，会转移到其他处理上。
定期查询内核是否完成处理，如果尚未完成，则会产生错误；如果已经完成，则会返回结果（参见下图）。

※ 引用来源：使用异步I/O提升应用性能

通过这样做，可以将内核的输入/输出时间分配给其他处理，并能够执行非常高效的操作。

好的，我们回到Nginx的话题吧！
正如之前提到的，Nginx采用了非阻塞I/O和事件驱动的机制。
非阻塞I/O就是没有阻塞的I/O操作，正如前面所述。
事件驱动是指（在Nginx的情况下）将客户端的访问视为事件，并以此为触发，在进程内执行相应的处理。

假设有两个访问（访问1和访问2）到达。
注意：虽然访问1和访问2几乎同时到达，但访问1稍微早一些到达。

首先收到Access 1时，将在进程内进行处理。
在这种情况下，首先进行accept()操作。
通常情况下，accept()操作会导致阻塞，直到完成，但是Nginx并不会阻塞。
因此，接下来即使有Access 2的accept()操作，也可以开始执行。
read()和write()操作也是同样的道理，可以同时处理Access 1和Access 2而不会阻塞。

根据以上特点，Nginx能够在一个进程中处理多个访问，并且可以应对大量访问。

结束

我們大致比較了Nginx和Apache的區別。
重點在於對於訪問的處理方式不同。
當訪問量增加時，Apache會增加進程數，但Nginx的進程數保持不變。
基於這個特點，Nginx可以處理大量訪問，並且不會引起C10K問題。
僅僅從這一點來看，似乎Nginx更好一些，但Apache也有其優勢。
例如，Apache的prefork模型可以運行PHP。因此，在想要快速啟動環境等情況下，根據個人的需求可能Apache更好。
由於兩者都有優點和缺點，所以我們應根據自己的情況來使用它們！

感谢您阅读到最后！

文献引用

图书

Nginx実践入門

网络网站

Nginxが早い理由について調べた（基礎）