流水WEB服务器体系结构技术研究与实现

论文摘要

Web应用的日益推广是促使Interact飞速发展的关键动力之一。由于基于Web的信息服务具有的信息规模大和访问频率高等特点，提高Web服务器的服务能力便成为决定信息服务质量的关键因素。目前提高Web服务器能力的方式主要有三种：增加Web服务器的硬件资源，如CPU处理能力、内存大小和硬盘容量；将若干Web服务器搭建成cluster，集群向外提供Web服务；采用具有高可扩展性的Web服务器软件，通过采用新颖的体系结构和高效的技术实现策略，提高服务器的单机处理能力。第三种技术是提高Web服务器能力的基础和关键，本文针对如何通过设计和实现新型体系结构和信息处理技术来提高Web服务器的可扩展性和高性能进行深入研究。 本文首先深入分析了当前主流服务器的体系结构，对其进行了分类。并在实现技术和性能上做了详细的对比，从而总结出现阶段设计高性能Web服务器所要遵守的原则。 基于所提出的原则，本文提出了一种基于软流水体系结构的新型内核级多线程Web服务器体系结构——KETA(KErnel neTwork geAr)。KETA体系结构通过将完整的Web请求处理流程划分为若干流水栈，每个线程只负责完成Web请求处理的特定环节，互不干涉，降低了并行粒度，使得各Web请求实现了任务内并行，各任务在执行过程中重叠，提高了服务的并发度和性能。 本文结合KETA体系结构的具体实现环境研究了若干网络优化技术。通过采用Socket复用技术使得KETA在将自身不能处理的动态请求转发到用户级服务器之后，仍可掌握该请求所在连接的控制权。这样，便保证之后在该连接上的静态请求仍然由KETA来处理。从而将以前整个连接的转发改进为单个请求转发，降低了转发的粒度，增加了KETA的利用率，提高了处理效率。 最后，基于上述研究成果，本文在Kylin操作系统上实现了内核级流水体系结构的KETA服务器。并充分利用KETA服务器在内核实现的优势，提出了利用mbuf复用技术进行数据发送的策略，在发送过程中直接对mbuf链及Socket发送缓冲区进行操作，有效地提高了KETA服务器的处理效率。 通过评测表明，KETA的流水线体系结构更适合在SMP平台下，较大负载的服务环境。并且KETA服务器的性能优越，较当前其他几种内核级Web服务器具有明显的优势。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 立题背景及意义
• 1.1.1 Web Server性能的发展需要
• 1.1.2 课题研究方向
• §1.2 课题研究内容
• §1.3 论文结构
• 第二章 Web Server体系结构研究
• §2.1 目前主流的Web Server体系结构
• 2.1.1 用户级Web Server
• 2.1.2 内核级Web Server
• §2.2 各体系结构性能比较
• §2.3 高性能Web Server的设计原则
• §2.4 流水线Web服务器结构的优点
• §2.5 小结
• 第三章 KETA体系结构的设计
• §3.1 KETA体系结构
• §3.2 KETA流水结构的相关技术
• 3.2.1 线程管理
• 3.2.2 受控内存区的管理
• 3.2.3 对象淘汰策略
• §3.3 小结
• 第四章 网络Socket优化技术研究
• §4.1 Kylin中的Socket机制
• §4.2 KETA的动态请求转发机制
• §4.3 Socket复用技术
• §4.4 评测结果
• §4.5 小结
• 第五章 网络缓冲区Mbuf优化技术研究
• §5.1 Mbuf：存储器缓存
• §5.2 KETA中的数据发送过程
• §5.3 Mbuf复用技术
• §5.4 评测结果
• §5.5 小结
• 第六章 Kylin服务器操作系统下KETA的实现
• §6.1 Kylin服务器操作系统
• §6.2 KETA服务器的实现技术
• 6.2.1 自恰的控制数据
• 6.2.2 对象技术的缓存管理
• 6.2.3 请求的分级调度
• 6.2.4 内容的自适应降级技术
• §6.3 KETA服务器的性能评测结果
• §6.4 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 攻硕期间发表的文章
• 参考文献表