Linux C/C++编程：如何从编程的角度来确保服务器性能

淩亂°似流年 2023-01-02 02:29 129阅读 0赞

# 池 #

一般来讲，服务器的硬件资源是很充足的，所以我们提高服务器性能的一个很直接的方法就是**以空间换时间**\-----“浪费”服务器的硬件资源，以换取运行效率。这就是池的概念

> 什么是池？

*  **池是一组资源的集合，这组资源在服务器启动之初就被完全创建好并初始化，这称为静态资源分配**
 *  当服务器进入正式运行阶段，即开始处理客户请求的时候，如果它需要相关的资源，就直接从池中获取，无需动态分配。 （直接从池中获取比动态分配资源要快得多，因为分配系统资源的系统调用都是很耗时的）
 *  当服务器处理完一个客户连接后，可以把相关的资源放回池中，不需要执行系统调用释放资源。

从最终的效率来看，池相当于服务器管理系统资源的应用层设备，它避免了服务器对内核的频繁访问。

> 那么我们应该**预先**分配多少资源才足够？

*  最简单的方式是分配“**足够多**”的资源
 *  另一种方法是：预先分配一定的资源，此后如果发现资源不够用，就再动态分配一些并加入池中。

> 分类

根据不同的资源类型，池可以分为多种，比如内存池、进程池、线程池和连接池

*  内存池通常用于`socket`的接收缓存和发送缓存
    
     *  对于某些长度有限的客户请求，比如HTTP请求，预先分配一个大小足够的接收缓冲区是很合理的
     *  当客户请求的长度超过接收缓冲区的大小时，我们可以选中丢弃或者动态扩大接收缓冲区
 *  进程池和线程池常用于并发编程：
    
     *  当我们需要一个工作线程或者工作进程来处理新到来的客户请求时，我们可以直接从进程池或者线程池中取得一个执行实体，而无需动态的调用fork或者pthread\_create等函数来创建进程或者线程
 *  连接池常用于服务器或者服务器机群的内部永久连接
    
     *  每个逻辑单元可能需要频繁的访问数据库，这时我们\*\*应该（必须）\*\*使用连接池。连接池是服务器预先和数据库程序建立的一组连接的集合。当某个逻辑单元需要访问数据库时，它可以直接从连接池中获取一个实体并使用。当完成数据库访问之后，必须将该连接归还给连接池

# 数据复制 #

高性能的服务器应该避免不必要的数据复制，尤其是当数据复制发生在用户代码和内核之间的时候。

如果内核可以直接处理从socket或者文件读入的数据，则应用程序就没有必要将这些数据从内核缓冲区复制到应用程序缓冲区中。

*  这里说的“直接处理”指的是应用程序不关心这些数据的内容，不需要对它们做任何分析。
 *  比如ftp服务器，当客户请求一个文件时，服务器只需要检测目标文件是否存在，以及客户是否有读取它的权限，而绝对不会关心文件的具体内容。也就是说，ftp服务器就无需把目标文件的内容完整的读入到应用程序缓冲区中并调用`send`来发送，而是可以使用“零拷贝”的`sendfile`来直接发送给客户端

另外，用户代码内部（不访问内核）的数据复制也是应该避免的。

比如当两个工作进程之间要传递大量的数据时，我们就应该考虑使用共享内存来避免它们之间直接共享这些数据，而不是使用管道或者消息队列来传递

# 上下文切换和锁 #

并发程序必须考虑上下文切换的问题

*  过多的工作线程会导致线程切换占用大量的CPU时间。因此为每个客户连接都创建一个工作线程的服务器模型是不可取的，这时我们可以使用[半同步/半异步][Link 1]模式来解决
 *  [半同步/半异步][Link 1]允许一个线程同时处理多个客户连接。此外，多线程服务器的一个优点是不同的线程可以同时允许在不同的CPU上。当线程的数量不大于CPU的数目时，上下文的切换就不是问题了

并发程序要考虑的另外的一个问题时共享资源的加锁保护，这很可能导致服务器效率低下，因为它引入的代码不仅不处理任何业务逻辑，而且需要访问内核资源。因此，服务器如果有好的解决方法，就要避免使用锁，如果一定要使用锁，可以考虑减小锁的粒度

[Link 1]: https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/112171898