什么是aio服务器

Ⅰ 面试官：请问Nginx为什么比Apache性能好

Nginx才短短几年，就拿下了web服务器大笔江山，众所周知，Nginx在处理大并发静态请求方面，效率明显高于httpd，甚至能轻松解决C10K问题。下面我们就来聊聊Web服务器背后的一些原理。

进程是具有一定独立功能的，在计算机中已经运行的程序的实体。在早期系统中（如linux 2.4以前），进程是基本运作单位，在支持线程的系统中（如windows，linux2.6）中，线程才是基本的运作单位，而进程只是线程的容器。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。若干进程有可能与同一个程序相关系，且每个进程皆可以同步（循序）或异步（平行）的方式独立运行。现代计算机系统可在同一段时间内以进程的形式将多个程序加载到存储器中，并借由时间共享（或称时分复用），以在一个处理器上表现出同时（平行性）运行的感觉。同样的，使用多线程技术（多线程即每一个线程都代表一个进程内的一个独立执行上下文）的操作系统或计算机架构，同样程序的平行线程，可在多 CPU 主机或网络上真正同时运行（在不同的CPU上）。

Web服务器要为用户提供服务，必须以某种方式，工作在某个套接字上。一般Web服务器在处理档让用户请求是，一般有如下三种方式可选择：多进程方式、多线程方式、异步方式。Web服务器要为用户提供服务，必须以某种方式，工作在某个套接字上。一般Web服务器在处理用户请求是，一般有如下三种方式可选择：多进程方式、多线程方式、异步方式。多进程方式：为每个请求启动一个进程来处理。由于在操作系统中，生成进程、销毁进程、进程间切换都很消耗CPU和内存，当负载高是，性能会明显降低。优点： 稳定性！由于采用独立进程处理独立请求，而进程之间是独立的，单个进程问题不会影响其他进程，因此稳定性最好。缺点： 资源占用！当请求过大时，需要大量的进程处理请求，进程生成、切换开销很大，而且进程间资源是独立的，造成内存重复利用。多线程方式：一个进程中用多个线程处理用户请求。由于线程开销明显小于进程，而且部分资源还可以共享，因此效率较高。优点：开销较小！线程间部分数据是共享的，且线程生成与线程间的切换所需资源开销比进程间切换小得多。缺点：稳定性！线程切换过快可能造成线程抖动，且线凳蠢厅程过多会造成服务器不稳定。异步方式：使用非阻塞方式处理请求，是三种方式中开销最小的。但异步方式虽然效率高，但要求也高，因为多任务之间的调度如果出现问题，就可能出现整体故障，因此使用异步工作的，一般是一些功能相对简单，但却符合服务器任务调度、且代码中没有影响调度的错误代码存在的程序。优点：性能最好！一个进程或线程处理多个请求，不需要额外开销，性能最好，资源占用最低。缺点：稳定性！某个进程或线程出错，可能导致大量请求无法处理，甚至导致整个服务宕机。

从上图中我们可以看出，可以看出，越往后，阻塞越少，理论上效率也是最优。其五种I/O模型中，前三种属于同步I/O，后两者属于异步I/O。

同步I/O:

异步I/O:

异步 I/O 和 信号驱动I/O的区别:

注，其中iocp是Windows实现的，select、poll、epoll是Linux实现的，kqueue是FreeBSD实现的，/dev/poll是SUN的Solaris实现的。select、poll对应第3种（I/O复用）模型，iocp对应第5种（异步I/O）模型，那么epoll、kqueue、/dev/poll呢？其实也同select属于同一种模型，只是更高级一些，可以看作有了第4种（信号驱动I/O）模型的某些特性，如callback机制。

答案是，他们无轮询。因为他们用callback取代了。想想看，当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度，不管哪个Socket是活跃的，都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll、kqueue、/dev/poll做的。这样子说可能不好理解，那么我说一个现实中的例子，假设你在大学读书，住的宿舍楼有很多间房间，你的朋友要来找你。select版宿管大妈就会带着你的朋友挨个房间去找，直到找到你为止。而epoll版宿管大妈会先记下每位同学的房间号，你的朋友来时，只需告诉你的朋友你住在哪个房间即可，不用亲自带着你的朋友满大楼找人。如果来了10000个人，都要找自己住这栋楼的同学时，select版和epoll版宿管大妈，谁的效率更高，不言自明。同理，在高并发服务器中，轮询I/O是最耗时间的操作之一，select、epoll、/dev/poll的性能谁的性能更高，同样十分明了。

诚然，Windows的IOCP非常出色，目前很少有支持asynchronous I/O的系统，但是由于其系统本身的局限性，大型服务器还是在UNIX下。而且正如上面所述，kqueue、epoll、/dev/poll 与 IOCP相比，就是多了一层从内核数据到应用层的阻塞，从而不能算作asynchronous I/O类。但是，这层小小的阻塞无足轻重，kqueue、epoll、/dev/poll 已经做得很优秀了。

只有IOCP(windows实现)是asynchronous I/O，其他机制或多或少都会有一点阻塞。select（Linux实现）低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善epoll(Linux实现)、kqueue（FreeBSD实现）、/dev/poll（Solaris实现）是Reacor模式，IOCP是Proactor模式。Apache 2.2.9之前只支持select模型，2.2.9之后支持epoll模型Nginx 支持epoll模型Java nio包是select模型

我们都知道Apache有三种工作模块，分别为prefork、worker、event。prefork：多进程，每个请求用一个进程响应，这个过程会用到select机制来通知。worker：多线程，一个进程可以生成多个线程，每个线程响应一个请求，但通知机制还是select不过可以接受更多的请求。event：基于异步I/O模型，一个进程或线程，每个进程或线程响应多个用户请求，它是基于事件驱动（也就是epoll机制）实现的。

如果不用“--with-mpm”显式指定某种MPM,prefork就是Unix平台上缺省的MPM.它所采用的预派生子进程方式也是 Apache1.3中采用的模式。prefork本身并没有使用到线程，2.0版使用它是为了与1.3版保持兼容性；另一方面，prefork用单独的子进程来处理不同的请求，进程之间是彼此独立的,这也使其成为最稳定的MPM之一。

相对于prefork，worker是2.0版中全新的支持多线程和多进程混合模型的MPM。由于使用线程来处理，所以可以处理相对海量的请求，而系统资源的开销要小于基于进程的服务器。但是，worker也使用了多进程,每个进程又生成多个线程，以获得基于进程服务器的稳定性，这种MPM的工作方 式将是Apache2.0的发展趋势。

一个进程响应多个用户请求，利用callback机制，让套接字复用，请求过来后进程并不处理请求，而是直接交由其他机制来处理，通过epoll机制来通知请求是否完成；在这个过程中，进程本身一直处于空闲状态，可以一直接收用户请求。可以实现一个进程程响应多个用户请求。支持持海量并发连接数，消耗更少的资源。

有几个基本条件：

刚好，Nginx 支持以上所有特性。所以Nginx官网上说，Nginx支持50000并发，是有依据的。

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。另一种高性能web服务器/web服务器反向代理：Nginx（Engine X），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。

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：

注：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。

处理静态文件，索引文件以及自动索引；反向代理加速(无缓存)，简单的负载均衡和容错；FastCGI，简单的负载均衡和容错；模块化的结构。过滤器包括gzipping, byte ranges, chunked responses, 以及 SSI-filter 。在SSI过滤器中，到同一个 proxy 或者 FastCGI 的多个子请求并发处理；SSL 和 TLS SNI 支持；

使用外部 HTTP 认证服务器重定向用户到 IMAP/POP3 后端；使用外部 HTTP 认证服务器认证用户后连接重定向到内部的 SMTP 后端；认证方法：POP3: POP3 USER/PASS, APOP, AUTH LOGIN PLAIN CRAM-MD5;IMAP: IMAP LOGIN;SMTP: AUTH LOGIN PLAIN CRAM-MD5;SSL 支持；在 IMAP 和 POP3 模式下的 STARTTLS 和 STLS 支持；

FreeBSD 3.x, 4.x, 5.x, 6.x i386; FreeBSD 5.x, 6.x amd64;Linux 2.2, 2.4, 2.6 i386; Linux 2.6 amd64;Solaris 8 i386; Solaris 9 i386 and sun4u; Solaris 10 i386;MacOS X (10.4) PPC;Windows 编译版本支持 windows 系列操作系统

一个主进程和多个工作进程，工作进程运行于非特权用户；kqueue (FreeBSD 4.1+), epoll (Linux 2.6+), rt signals (Linux 2.2.19+), /dev/poll (Solaris 7 11/99+), select, 以及 poll 支持；kqueue支持的不同功能包括 EV_CLEAR, EV_DISABLE （临时禁止事件）， NOTE_LOWAT, EV_EOF, 有效数据的数目，错误代码；sendfile (FreeBSD 3.1+), sendfile (Linux 2.2+), sendfile64 (Linux 2.4.21+), 和 sendfilev (Solaris 8 7/01+) 支持；输入过滤 (FreeBSD 4.1+) 以及 TCP_DEFER_ACCEPT (Linux 2.4+) 支持；10,000 非活动的 HTTP keep-alive 连接仅需要 2.5M 内存。最小化的数据拷贝操作；

基于IP 和名称的虚拟主机服务；Memcached 的 GET 接口；支持 keep-alive 和管道连接；灵活简单的配置；重新配置和在线升级而无须中断客户的工作进程；可定制的访问日志，日志写入缓存，以及快捷的日志回卷；4xx-5xx 错误代码重定向；基于 PCRE 的 rewrite 重写模块；基于客户端 IP 地址和 HTTP 基本认证的访问控制；PUT, DELETE, 和 MKCOL 方法；支持 FLV （Flash 视频）；带宽限制；

在高连接并发的情况下，Nginx是Apache服务器不错的替代品: Nginx在美国是做虚拟主机生意的老板们经常选择的软件平台之一. 能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应, 感谢Nginx为我们选择了 epoll and kqueue 作为开发模型。Nginx作为负载均衡服务器: Nginx 既可以在内部直接支持 Rails 和 PHP 程序对外进行服务, 也可以支持作为 HTTP代理 服务器对外进行服务. Nginx采用C进行编写, 不论是系统资源开销还是CPU使用效率都比 Perlbal 要好很多。作为邮件代理服务器: Nginx 同时也是一个非常优秀的邮件代理服务器（最早开发这个产品的目的之一也是作为邮件代理服务器）, Last.fm 描述了成功并且美妙的使用经验.Nginx 安装非常的简单 , 配置文件非常简洁（还能够支持perl语法）,Bugs 非常少的服务器: Nginx 启动特别容易, 并且几乎可以做到7*24不间断运行，即使运行数个月也不需要重新启动. 你还能够 不间断服务的情况下进行软件版本的升级 。Nginx 的诞生主要解决C10K问题

Ⅱ nas与aio和普通的服务器有什么本质上的区别

1. NAS（Network Attached Storage：网络附属存储）按字面简单说就是连接在网络上，具备资料存储功能的装置，因此也称为“网络存储器”。它是一种专用数据存储服务器。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。目前国际着名的NAS企业有Netapp、EMC、OUO等。

   NAS被定义为一种特殊的专用数据存储服务器，包括存储器件（例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。NAS通常在一个LAN上占有自己的节点，无需应用服务器的干预，允许用户在网络上存取数据，在这种配置中，NAS集中管理和处理网络上的所有数据，将负载从应用或企业服务器上卸载下来，有效降低总拥有成本，保护用户投资。

2. AIO：Asynchronous Input/Output异步输入/输出是任何特殊输入/输出流

   异步输入/输出是任何特殊输入/输出流（同步和异步输入/输出）两个基本操作模式之一。在异步模式中，自然的输入/输出事务不必须和一个程序的输入/输出状态同步或互锁。例如，一个用户或一个打字员应该被允许将信息提前输入系统中来执行能够使用它们的读状态。每个读状态的执行仅仅将下一个等待信息从一个输入缓冲器中去除。这个异步输入的例子类似于已经用于唱片、磁带等中的缓冲提前读方案。一个异步输出的例子是在一个核心缓冲器中收集直到一些物理记录大小被找到。

3. 服务器，也称服务器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。

   服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

   在网络环境下，根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器，数据库服务器，应用程序服务器，WEB服务器等。