{"id":35106,"date":"2019-10-31T22:02:22","date_gmt":"2019-10-31T19:02:22","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/proizvoditelnost-setevyh-prilozhenij-linux-vvedenie\/"},"modified":"2019-10-31T22:02:22","modified_gmt":"2019-10-31T19:02:22","slug":"proizvoditelnost-setevyh-prilozhenij-linux-vvedenie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/proizvoditelnost-setevyh-prilozhenij-linux-vvedenie","title":{"rendered":"Leistung von Netzwerkapplikationen unter Linux. Einf\u00fchrung","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Webanwendungen sind heutzutage weit verbreitet, und unter allen Transportprotokollen hat HTTP den gr\u00f6\u00dften Anteil. Bei der Entwicklung von Webanwendungen schenken die meisten der zugrunde liegenden Betriebssystemumgebung wenig Beachtung. Die Trennung zwischen Entwicklung (Dev) und Betrieb (Ops) hat die Situation zus\u00e4tzlich erschwert. Mit der Verbreitung der DevOps-Kultur \u00fcbernehmen Entwickler jedoch zunehmend Verantwortung f\u00fcr das Betreiben ihrer Anwendungen in der Cloud, weshalb ein vertieftes Verst\u00e4ndnis der Backend-Umgebung des Betriebssystems \u00e4u\u00dferst vorteilhaft ist. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie ein System f\u00fcr tausende oder sogar zehntausende gleichzeitige Verbindungen bereitstellen m\u00f6chten.<\/p>\n

Die Einschr\u00e4nkungen in Webdiensten \u00e4hneln stark denen anderer Anwendungen. Ob Lastenausgleich oder Datenbankserver, diese Anwendungen haben in leistungsstarken Umgebungen \u00e4hnliche Herausforderungen. Das Verst\u00e4ndnis dieser grundlegenden Einschr\u00e4nkungen und der M\u00f6glichkeiten zu ihrer \u00dcberwindung erm\u00f6glicht es insgesamt, die Leistung und Skalierbarkeit Ihrer Webanwendungen besser zu bewerten.<\/p>\n

Ich schreibe diese Artikelreihe als Antwort auf die Fragen junger Entwickler, die gut informierte Systemarchitekten werden m\u00f6chten. Man kann die Methoden zur Optimierung von Linux-Anwendungen nicht klar verstehen, ohne in die Grundlagen einzutauchen und zu verstehen, wie sie auf Betriebssystemebene funktionieren. Obwohl es viele Arten von Anwendungen gibt, m\u00f6chte ich in diesem Zyklus Netzwerk-Anwendungen untersuchen und nicht Desktop-Anwendungen wie Browser oder Texteditoren. Dieses Material richtet sich an Entwickler und Architekten, die verstehen m\u00f6chten, wie Programme unter Linux oder Unix funktionieren und wie man sie f\u00fcr h\u00f6chste Leistung strukturiert.
\n<\/a><\/noindex>
\nLinux ist ein Server-<\/i> Betriebssystem, und am h\u00e4ufigsten laufen Ihre Anwendungen genau auf diesem OS. Obwohl ich \u201eLinux\u201c sage, k\u00f6nnen Sie die meiste Zeit mit Sicherheit annehmen, dass alle Unix-\u00e4hnlichen Betriebssysteme im Allgemeinen gemeint sind. Ich habe den begleitenden Code allerdings nicht auf anderen Systemen getestet. Wenn Sie also an FreeBSD oder OpenBSD interessiert sind, k\u00f6nnen die Ergebnisse abweichen. Wenn ich etwas spezifisch f\u00fcr Linux ausprobiere, mache ich darauf aufmerksam.<\/p>\n

Obwohl Sie das Wissen nutzen k\u00f6nnen, um eine Anwendung von Grund auf neu zu erstellen, und diese hervorragend optimiert sein wird, ist es besser, dies zu vermeiden. Wenn Sie einen neuen Webserver in C oder C++ f\u00fcr die Gesch\u00e4ftsapplication Ihrer Organisation schreiben, k\u00f6nnte dies Ihr letzter Arbeitstag sein. Allerdings wird Ihnen das Verst\u00e4ndnis der Struktur dieser Anwendungen bei der Auswahl bereits existierender Software helfen. Sie k\u00f6nnen Systeme basierend auf Prozessen mit solchen auf Basis von Threads sowie Event-basierten Systemen vergleichen. Sie werden verstehen und nachvollziehen k\u00f6nnen, warum Nginx besser funktioniert als Apache httpd und warum eine Python-Anwendung auf Basis von Tornado mehr Benutzer bedienen kann als eine Python-Anwendung, die auf Django basiert.<\/p>\n

ZeroHTTPd: Lernwerkzeug<\/h1>\n

\nZeroHTTPd<\/a><\/noindex>\u00a0\u2014 ein Webserver, den ich von Grund auf in C als Lernwerkzeug geschrieben habe. Er hat keine externen Abh\u00e4ngigkeiten, einschlie\u00dflich des Zugriffs auf Redis. Wir f\u00fchren unsere eigenen Redis-Prozeduren aus. Weitere Informationen s. unten.<\/p>\n

Obwohl wir lange \u00fcber die Theorie diskutieren k\u00f6nnten, gibt es nichts Besseres, als Code zu schreiben, ihn auszuf\u00fchren und die verschiedenen Serverarchitekturen miteinander zu vergleichen. Das ist die anschaulichste Methode. Daher werden wir einen einfachen Webserver namens ZeroHTTPd erstellen, indem wir jedes Modell anwenden: auf der Basis von Prozessen, Threads und Ereignissen. Wir \u00fcberpr\u00fcfen jeden dieser Server und sehen, wie sie im Vergleich zueinander funktionieren. ZeroHTTPd ist in einer einzigen C-Datei implementiert. Der ereignisbasierte Server umfasst uthash<\/a><\/noindex>, eine hervorragende Implementierung einer Hash-Tabelle, die in einer einzigen Header-Datei bereitgestellt wird. Ansonsten gibt es keine Abh\u00e4ngigkeiten, um das Projekt nicht zu komplizieren.<\/p>\n

Der Code enth\u00e4lt zahlreiche Kommentare, die beim Verst\u00e4ndnis helfen. ZeroHTTPd, als einfacher Webserver und minimaler Rahmen f\u00fcr Webentwicklung, bietet grunds\u00e4tzlich eine eingeschr\u00e4nkte Funktionalit\u00e4t, kann jedoch statische Dateien sowie sehr einfache 'dynamische' Seiten ausgeben. Ich muss sagen, dass ZeroHTTPd sich gut f\u00fcr das Lernen eignet, wie man leistungsstarke Linux-Anwendungen erstellt. Im Grunde genommen warten die meisten Webdienste auf Anfragen, \u00fcberpr\u00fcfen diese und verarbeiten sie. Genau das wird ZeroHTTPd tun. Es ist ein Lernwerkzeug und kein Produktivsystem. Es ist nicht besonders gut im Fehlermanagement und kann kaum mit den besten Sicherheitspraktiken aufwarten (oh ja, ich habe strcpy verwendet) oder mit ausgekl\u00fcgelten Tricks der Programmiersprache C. Aber ich hoffe, dass es seinen Zweck gut erf\u00fcllt. strcpy<\/code>) oder mit ausgekl\u00fcgelten Tricks der Programmiersprache C. Aber ich hoffe, dass es seinen Zweck gut erf\u00fcllt.<\/p>\n

\"Leistung
\nStartseite von ZeroHTTPd. Es kann verschiedene Dateitypen ausgeben, einschlie\u00dflich Bilder.<\/i><\/p>\n

G\u00e4stebuch-Anwendung<\/h1>\n

\nModerne Webanwendungen beschr\u00e4nken sich in der Regel nicht auf statische Dateien. Sie umfassen komplexe Interaktionen mit verschiedenen Datenbanken, Caches usw. Daher erstellen wir eine einfache Webanwendung mit dem Namen \u201eG\u00e4stebuch\u201c, in dem Besucher Eintr\u00e4ge unter ihrem Namen hinterlassen k\u00f6nnen. Im G\u00e4stebuch werden die zuvor hinterlassenen Eintr\u00e4ge gespeichert. Au\u00dferdem gibt es einen Besucherz\u00e4hler am unteren Rand der Seite.<\/p>\n

\"Leistung
\nWebanwendung \u201eG\u00e4stebuch\u201c ZeroHTTPd<\/i><\/p>\n

Der Besucherz\u00e4hler und das G\u00e4stebuch werden in Redis gespeichert. F\u00fcr die Kommunikation mit Redis haben wir eigene Verfahren implementiert, die unabh\u00e4ngig von externen Bibliotheken sind. Ich bin kein gro\u00dfer Fan davon, selbstentwickelten Code einzuf\u00fchren, wenn es \u00f6ffentliche und gut getestete L\u00f6sungen gibt. Aber das Ziel von ZeroHTTPd ist, die Leistung von Linux und den Zugriff auf externe Dienste zu untersuchen, w\u00e4hrend die Bearbeitung von HTTP-Anfragen die Leistung erheblich beeinflusst. Wir m\u00fcssen die Kommunikation mit Redis in jeder unserer Serverarchitekturen vollst\u00e4ndig kontrollieren. In einer Architektur verwenden wir blockierende Aufrufe, in anderen ereignisbasierte Prozeduren. Die Verwendung einer externen Redis-Clientbibliothek w\u00fcrde uns nicht diesen Kontrollgrad bieten. Au\u00dferdem f\u00fchrt unser kleiner Redis-Client nur eine Handvoll Funktionen aus (Abrufen, Setzen und Erh\u00f6hen eines Schl\u00fcssels; Abrufen und Hinzuf\u00fcgen zu einem Array). Zudem ist das Redis-Protokoll au\u00dfergew\u00f6hnlich elegant und einfach. Man muss es nicht einmal speziell lernen. Die Tatsache, dass das gesamte Protokoll in etwa einhundert Zeilen Code implementiert ist, zeigt, wie durchdacht es ist.<\/p>\n

Im n\u00e4chsten Bild sind die Vorg\u00e4nge der Anwendung dargestellt, wenn ein Kunde (Browser) eine Anfrage stellt. \/guestbookURL<\/code>.<\/p>\n

\"Leistung
\nFunktionsweise der G\u00e4stebuch-Anwendung<\/i><\/p>\n

Wenn die G\u00e4stebuch-Seite ausgegeben werden soll, erfolgt ein Aufruf an das Dateisystem, um die Vorlage in den Speicher zu laden, sowie drei Netzwerkaufrufe an Redis. Die Vorlagendatei enth\u00e4lt den Gro\u00dfteil des HTML-Inhalts f\u00fcr die Seite im obigen Screenshot. Es gibt auch spezielle Platzhalter f\u00fcr den dynamischen Teil des Inhalts: Eintr\u00e4ge und die Besuchsz\u00e4hler. Wir holen diese von Redis, f\u00fcgen sie auf der Seite ein und liefern dem Kunden den vollst\u00e4ndig formatierten Inhalt. Der dritte Aufruf an Redis kann vermieden werden, da Redis beim Inkrementieren einen neuen Wert des Schl\u00fcssels zur\u00fcckgibt. Allerdings stellt eine Vielzahl von Netzwerkaufrufen f\u00fcr unseren auf Ereignissen basierenden asynchronen Server eine gute Herausforderung zu Lernzwecken dar. Daher lassen wir den zur\u00fcckgegebenen Wert von Redis \u00fcber die Anzahl der Besucher weg und fordern ihn in einem separaten Aufruf an.<\/p>\n

Serverarchitekturen von ZeroHTTPd<\/h1>\n

\nWir erstellen sieben Versionen von ZeroHTTPd mit identischer Funktionalit\u00e4t, jedoch unterschiedlichen Architekturen:<\/p>\n