CentOS RoR應用性能優(yōu)化的實戰(zhàn)經驗
CentOS RoR對于電腦使用的玩家的常用軟件，然后我就學習及深入的研究CentOS RoR，在這里和大家一起探討CentOS RoR的使用方法，希望對大家有用。JavaEye網站從2006年9月11日上線基于CentOS RoR的2.0版本開始，到現(xiàn)在已經運行了將近一年半了。在這一年半的時間里，JavaEye網 站的每 日PV從最開始的5萬，緩慢增長到了現(xiàn)在的60萬。
隨著網站負載的不斷增加，我們也在不斷嘗試和調整網站的性能，積累了不少第一手CentOS RoR應用性能優(yōu)化的實戰(zhàn)經驗。雖然我們并不是CentOS RoR性能優(yōu)化的權威專家，我們所積累的經驗也許并不是最優(yōu)實踐，但是作為國內最早涉足CentOS RoR商業(yè)運營的互聯(lián)網網站之一，我們非常 樂意分享和交流我們的實戰(zhàn)經驗，以幫助后來者節(jié)省必要的摸索時間。
CentOS RoR驚人的開發(fā)速度恐怕是每個互聯(lián)網創(chuàng)業(yè)者都夢寐以求的，但是隨著網站流量的不斷增大，可能大多數采用CentOS RoR的網站或遲或早會遇到CentOS RoR的性能 瓶頸，我的一個朋友capitian說過一句很有意思的話：“CentOS RoR應用做到后來，總有自己修改底層的沖動”。就我所了解和掌握的情況來看，很多CentOS RoR網 站都過早的遇到了性能瓶頸，一個很普遍的現(xiàn)象就是：CentOS RoR應用的CPU負載要遠遠高于數據庫的負載。
這是一個有點違背常理的現(xiàn)象，因為我們知道，硬盤IO 速度要比內存慢得多，所以一般Web應用的性能瓶頸往往會出現(xiàn)在數據庫IO上，因此優(yōu)化數據庫訪問，進行對象緩存是非常有效的性能優(yōu)化手段。但是一旦應用 服務器負載比數據庫還高的話，單純的對象緩存就無用武之地了。下面我們從幾個方面分別談一談如何進行CentOS RoR的性能優(yōu)化：
應用的部署
CentOS RoR應用的部署包括操作系統(tǒng)，Web服務器，應用服務器和數據庫四個方面：
一、操作系統(tǒng)
1、發(fā)行版本
CentOS RoR適合于部署在Unix類操作系統(tǒng)上面，通常比較多的人使用RHEL/CentOS/Ubuntu，我們比較偏愛SuSE Linux，對于我們服務器使用的AMD Opteron x86_64的CPU來說，SLES要比RHEL有更多的優(yōu)化。另外應該盡量使用64位版本操作系統(tǒng)，以充分發(fā)揮x86_64 CPU的性能，并且x86_64的Linux很多Kernel參數也大很多，代價就是需要更多的物理內存。
2、文件系統(tǒng)
Linux最常用的文件系統(tǒng)是ext3，但我們使用的是Reiserfs文件系統(tǒng)。Reiserfs在讀寫大量小文件的目錄性能非常高，即使處理 目錄下面直接存放10萬個文件，性能仍然不會下降。我們知道默認情況Rails會對每個瀏覽器會話在硬盤生成session文件，一個繁忙的網站，臨時文 件目錄下面有上萬乃至幾萬個session文件是很常見的現(xiàn)象。對于這種目錄下面幾萬個小文件的存取，reiserfs要比ext3性能高一個數量級。如 果希望對session文件有更好的存取性能，可以把臨時目錄鏈接到Linux的內存文件系統(tǒng)/dev/shm目錄下面，這樣實際上session文件的 存取都是直接內存操作了，這種方式唯一的問題在于不能支持群集部署。如果你已經升級到了Rails2.0，可以采取把session保存到Cookie里 面的方式，既可以避免服務器處理session的開銷，而且還支持群集部署，是大規(guī)模網站部署的首選方式。
3、內核的網絡參數調整
對于流量很大的網站來說，默認的Linux內核網絡參數偏小，因此如果你的網站流量非常大，或者上傳下載大文件比較多，可以針對性的調整內核網絡參數，擴大內核的TCP接收數據和發(fā)送數據的Buffer緩沖區(qū)大小，比方說：
引用
net.core.rmem_default=262144
net.core.wmem_default=262144
net.core.rmem_max=262144
net.core.wmem_max=262144
net.ipv4.tcp_rmem=4096 65536 524288
net.ipv4.tcp_wmem=4096 65536 524288
參數具體調整，可以Google相關的Linux內核參數的文檔，這里不展開詳談。
二、Web服務器
Web服務器首選Lighttpd，因為Lighttpd在和后端的應用服務器通訊方式上做了足夠的優(yōu)化：當POST大數據量的時 候，Lighttpd在完整的接收客戶端瀏覽器的數據之后，才會一次性發(fā)送給應用服務器；同樣的，Lighttpd也是一次性把應用服務器處理的頁面數據 全部接收，不設置Buffer Size的限制。因此Lighttpd能夠盡最大可能的減輕應用服務器的負擔，減少應用服務器用于處理數據傳輸的延遲，更加有效的利用應用服務器資源。這 方面的詳細的論述請看：CentOS RoR部署方案深度剖析。
關于Lighttpd的安裝可以參考在Linux平臺上安裝和配置Ruby on Rails詳解，這里僅談Lighttpd的性能優(yōu)化的幾個要點：
1、網絡IO調度方式
Linux Kernel 2.6支持sysepoll方式調度網絡IO，能夠處理極高的并發(fā)連接請求，Lighttpd可以通過配置文件打開sysepoll支持：
引用
server.event-handler = "linux-sysepoll"
2、網絡IO傳輸方式
Linux Kernel 2.6支持sendfile方式傳輸數據，Lighttpd可以通過配置文件打開sendfile支持：
引用
server.network-backend = "linux-sendfile"
此外Lighttpd還支持應用服務器參與的文件下載控制X-sendfile，詳細的論述請看：CentOS RoR網站如何利用lighttpd的X-sendfile功能提升文件下載性能
3、文件狀態(tài)緩存
Lighttpd通過stat()調用獲得文件被修改的信息，來決定當請求同一個靜態(tài)文件資源的時候，是否需要再次讀取硬盤文件。但是每次 stat()調用也有一定的開銷，Lighttpd支持通過Fam Server來減少stat調用。即每次當文件被修改之后，Kernel會發(fā)送一個消息通知Fam Server，而Lighttpd會通過進程間通訊連接Fam Server，可以知道文件是否被修改的信息，不必再每次調用stat()。
引用
server.stat-cache-engine = "fam"
4、限定POST Size
為了避免黑客惡意的攻擊服務器，偽造超大Post數據包轟炸Web服務器和應用服務器，可以限制Request請求的大小，例如限制為10MB：
引用
server.max-request-size = 10240
5、日志文件
Lighttpd是單進程單線程的服務器，調度網絡IO性能是極高的，但是在某些極端情況下，單進程服務器也有風險，即一旦被某操作系統(tǒng)調用掛 住，整個服務器就沒有辦法響應請求了。比方說服務器其他進程導致的IO WAIT很高，操作系統(tǒng)的buffer又不夠的時候，Lighttpd在大量的寫access log就有被掛住的可能性。因此如果Lighttpd日志對你的參考價值不大，可以考慮關閉掉。像JavaEye網站每天Lighttpd產生430萬條 log，對硬盤IO也是一個不小的負擔，既然已經開著Rais的production.log，那么Lighttpd的access log沒什么參考價值了，那就關掉它。
Lighttpd的性能優(yōu)化請看其作者寫的文章：
http://trac.lighttpd.net/trac/wiki/Docs%3APerformance
三、應用服務器
Ruby的應用服務器可以使用FastCGI，或者Mongrel，如果我們使用Lighttpd的話，F(xiàn)astCGI是最好的搭配。
1、FastCGI和Lighttpd的通訊方式
如果FastCGI和Lighttpd是在同一臺服務器，那么建議采用Unix Socket通訊，這種通訊方式比TCP要快一些，F(xiàn)astCGI可以通過Lighttpd自帶的spawn-fcgi命令行工具啟動，創(chuàng)建socket 文件，而Lighttpd監(jiān)聽socket文件。如果兩者不在同一臺服務器，需要群集部署，那就必須采用TCP Socket通訊，方式是一樣的。
2、FastCGI進程應該開多少個合適？
Rails是單進程方式運行的，理論上來說，開幾個FastCGI進程，就只能并發(fā)響應幾個請求。對于繁忙的網站來說，峰值期間每秒有幾十個動態(tài) 請求是很正常的事情，但實際上FastCGI進程并不需要開那么多。這是因為前端的Web服務器在處理用戶瀏覽器連接，發(fā)送Request請求需要相當長 的時間，在FastCGI處理完請求釋放該連接以后，Web服務器還需要相當長的時間才能把頁面數據完整的發(fā)送到客戶端瀏覽器。用戶在點擊一個鏈接以后， 等待1-2秒，頁面內容就顯示出來，這對用戶的感覺來說已經是非?？斓牧?，而FastCGI用于處理該請求可能只需要0.1秒，那么一個FastCGI進 程雖然并不能夠真正的并發(fā)運行，但實際上的效果是他可以在1秒之內處理10個請求，讓10個用戶在同時訪問網站的過程當中感覺不到明顯的延遲。
因此FastCGI需要開多少個，取決于你的網站峰值期間每秒有多少個用戶請求過來，而你的FastCGI又能夠以多快的速度處理請求。比方說你 的網站峰值期間每秒有50個動態(tài)請求，F(xiàn)astCGI在峰值期間處理每個請求需要0.2秒，那么實際上你只需要開10個FastCGI進程就足夠了，為了 應付突發(fā)的峰值請求，你可以在這個計算量上面增加一些余量，比方說15-20個進程，肯定是綽綽有余了。
關于FastCGI的性能優(yōu)化，可以參考Lighttpd作者的文章，雖然他是針對PHP跑FastCGI寫的，但對CentOS RoR也有參考價值：
http://trac.lighttpd.net/trac/wiki/Docs%3APerformanceFastCGI
四、數據庫
JavaEye網站使用MySQL5.0.XX版本，數據庫引擎是InnoDB。關于MySQL數據庫的調優(yōu)，推薦大家看MySQL Performance Blog， 作者是一個MySQL性能調優(yōu)方面的專家，并且提供MySQL咨詢服務。他的博客上面有很豐富的關于MySQL調優(yōu)的文章和演講文稿，特別是關于 InnoDB方面，非常深入。JavaEye的數據庫調優(yōu)就是根據他的InnoDB演講文稿來調整的，一般說來，有幾個需要調整的參數：
innodb_buffer_pool_size
這個參數很重要，越大越好，對于專用的數據庫服務器一般建議開服務器內存的50%以上。
query_cache_size
查詢緩存，對于查詢的性能提高有很大幫助，但不宜開得過大，查詢緩存的過期可能很頻繁，過大查詢緩存反而降低性能，增加服務器開銷
innodb_flush_method = O_DIRECT
針對InnoDB的數據文件，關閉操作系統(tǒng)的文件緩沖，由于InnoDB自己有巨大的Buffer Pool，操作系統(tǒng)對文件的讀寫緩沖功能反而會降低MySQL的InnoDB的IO性能。
最后針對數據庫的SQL優(yōu)化來說有兩點原則：
1、對數據庫表要適當的創(chuàng)建索引
特別是出現(xiàn)在where查詢條件當中字段，和關聯(lián)查詢當中的外鍵，要高度注意。
2、盡量避免大表的全表掃描和數據庫的硬盤IO
查詢比較慢的SQL要explain一下，看看是否發(fā)生了全表掃描，采取各種措施減少或者避免大表的全表掃描問題，例如拆分表等等。
最后針對MySQL數據庫運行情況，我們可以用show status; 和 show innodb status"G 來監(jiān)測。
Rails應用程序的優(yōu)化
Rails應用程序優(yōu)化包括ruby解析器的優(yōu)化，緩存的使用，以及應用代碼級別的優(yōu)化。Stefans Kaes曾經在Railsconf 2006有一個Rails應用程序優(yōu)化的演講，他的演講PPT是極好的Rails性能優(yōu)化指南，可以在這里下載:http://www.javaeye.com/topic/24508。他還編寫了一個用于Rails性能測試的軟件包RailsBench，大家可以參考。由于Stefans Kaes的代碼優(yōu)化文檔已經寫的非常詳細了，因此我就不在一一復述，只提出幾點對性能影響比較大的方面：
一、ruby解析器的優(yōu)化
ruby的解析器性能是很糟糕的，ruby早期的主要用途是取代perl寫批量處理的腳本的，并不是為服務器應用編寫的，因此在內存分配策略上非 常不適合服務器應用。Stefans Kaes編寫了一個ruby GC的補丁文件，在railsbench下載包里面提供了。雖然當前Railsbench提供的GC補丁只有針對ruby 1.8.4和1.8.5版本的，但是在ruby 18,6上面使用1.8.5的GC補丁也完全沒有問題。GC補丁的作用主要是針對Rails應用開大了ruby的內存堆，可以有效提高內存堆的利用率，降 低GC的頻率。根據Stefans Kaes提供的測試數據，打補丁并且調整參數以后，GC的頻率下降到只有原來的1/10還不到。降低GC頻率盡管并不能夠提高單個請求的執(zhí)行速度，但是可 以增加整體應用的負載能力。
我們在JavaEye的服務器上也使用了GC補丁，并且根據推薦參數進行了調整。在使用GC補丁之后，Web服務器的CPU負載下降了大概15% 左右，效果非常顯著。當然開大內存堆的代價就是ruby進程會多消耗內存，在我們的服務器上，ruby打補丁之后多消耗了50%左右的物理內存。
二、緩存的使用
1、對象緩存
JavaEye上面關于對象緩存的討論很多，我們也提供了JavaEye這方面很多數據，因此不展開了。CentOS RoR可以使用兩個對象緩存，一個是 CachedModel，類似Hibernate，比較簡單，對Model的CRUD操作自動進行緩存；另外一個是cache_fu，需要自己編碼來添加 對象緩存，但提供了更多高級機制，目前我們使用的是cache_fu。在使用對象緩存的情況下，應該把查詢方法的:include去掉，避免關聯(lián)查詢無法 利用緩存的現(xiàn)象。
2、查詢緩存
對于統(tǒng)計類耗時查詢，如果不要求實時性，那么可以使用memcache-client將查詢結果緩存到memcached里面，例如博客排行榜之類。
3、頁面局部緩存
對象緩存和查詢緩存都是降低數據庫訪問負載的，但如果CentOS RoR的負載很高，那么只能依靠頁面局部緩存了。傳統(tǒng)的互聯(lián)網web1.0網站很流行采用動 態(tài)頁面靜態(tài)化技術來提高網站的負載，但是對于web2.0網站來說，每個頁面都帶有登陸用戶的個人信息，頁面的很多部分需要實時更新，例如投票，點擊統(tǒng) 計，digg，顯示用戶在線狀態(tài)等等，動態(tài)頁面靜態(tài)化非常困難。當然如果你非要采用動態(tài)頁面靜態(tài)化，技術上也不是實現(xiàn)不了，可以通過AJAX請求來處理靜 態(tài)頁面的動態(tài)部分，但是這種解決方案的開發(fā)成本過高，而且性能未必會有明顯的改善，大家看看新浪和搜狐博客就知道這種技術被應用的有多糟糕了。
web2.0網站比較常用使用頁面局部緩存，一種情況是頁面不需要實時更新的，那么只需要設置一個合理的過期時間就行了，這種情況我們目前使用的 比較多；另外一種情況是雖然不需要實時更新，但是會在用戶執(zhí)行某些操作后需要緩存過期，比方說博客個人主頁的很多頁面，這種情況下緩存過期策略會比較復 雜，考慮到合理的開發(fā)成本，我們尚未對這樣的頁面使用局部緩存。
此外，Rails的頁面局部緩存有一個缺點，就是和頁面查詢結果對應的Action當中的查詢語句要放在View里面，否則每次action里面的查詢還是會被執(zhí)行，但是這樣做會破壞程序代碼良好的MVC結構。這種情況下，也可以采用另外一個Cache插件: better rails caching，在緩存頁面的同時可以緩存Action當中的查詢語句。
三、應用代碼的優(yōu)化
Stefans Kaes的文檔里面對應用代碼的優(yōu)化進行了非常詳細的介紹，因此我這里只提兩個比較重要的注意事項：
1、link_to
Rails的link_to是非常慢的，它的代碼實現(xiàn)過于復雜，特別是Rails1.2引入了REST以后，大量的命名路由被使用，這些命名路由 還需要通過一次method_missing，那就更加緩慢了。因此對于被頻繁使用的內部URL地址，一定要自己用字符串拼接方式改寫，可以很明顯提高 View的render性能。此外類似的helper還有很多，例如button_tag，image_tag啥啥的，如非必要，盡量不用他的 helper
2、正則表達式
ruby的正則表達式也是極慢，例如auto_fix這個helper的正則表達式就比較復雜，造成的結果就是一但大量使用 auto_fix，View的render就明顯變慢，類似依賴正則表達式進行字符串過濾的helper有很多，如果需要頻繁大量使用，請先自行做 benchmark。
Rails應用程序的內存泄漏問題和解決
內存泄漏是服務器端程序經常遇到的，有時候內存泄漏問題會讓人很頭疼，總體來說，Rails的內存泄漏問題比Java要少得多，這是因為Java內存泄漏最常見的三種情況在Rails當中不存在：
1、HttpSession導致的內存泄漏
Java程序員喜歡往session里面丟很多東西，最糟糕的是竟然有很多框架軟件也肆無忌憚往session里面丟狀態(tài)數據，但Rails的session是不放在內存里面的，所以無此煩惱。
2、數據庫連接釋放不徹底
Java的數據庫連接池釋放不徹底，以及查詢游標釋放不徹底，都必然導致內存泄漏。Rails沒有數據庫連接池，而是每個進程持有一個長連接，因此不存在這個問題，而且由于持有長連接，也不存在Java里面的OpenSessionInView的煩惱。
3、用靜態(tài)變量持有全局共享數據
Java程序員很喜歡通過靜態(tài)全局變量來持有共享數據，但共享數據忘記清理的話，也很容易導致內存泄漏，Ruby是SNA架構，多進程服務器模式，進程間無法共享數據，反而避免了全局共享數據帶來的麻煩。
但是Rails應用有一種情況：在Ruby代碼中調用C寫的第三方ruby類庫的時候，很容易導致內存泄漏，但這種內存泄漏反而在Java中極其 罕見。Ruby本身有GC來管理內存堆，但是代碼一旦調用C寫的第三方ruby類庫，內存堆的分配權就掌握在第三方C庫的實現(xiàn)上面了，如果這個C庫的代碼 質量不夠好，內存泄漏就不可避免。由于ruby本身性能很差，因此計算量大的功能往往依賴底層的C庫來實現(xiàn)，這下內存泄漏的潘多拉魔盒就打開了！而 Java性能比較好，功能都是純Java編寫，基本上看不到需要依賴第三方C庫的情況，因此比較安全。
JavaEye也面臨著內存泄漏的困擾，這方面困擾主要來自于Rmagic。Rmagick調用ImageMagick的C庫來完成圖片的操作， 從我們的監(jiān)測來看，RMagick大多數情況下會緩慢的泄漏內存，在某些特定的圖片操作上會急劇的泄漏內存。解決辦法就是用mini_magick替代 Rmagick，mini_magick是直接調用ImageMagick的mogrify命令，另起一個進程來操作圖片，操作完進程就結束了，絕無后 患，由于Linux的fork進程開銷不大，因此也不必擔心性能問題。
此外，調用第三方C庫的ruby代碼編寫都需要高度小心，比方說JavaEye使用ferret實現(xiàn)全文檢索，根據應用的需要調用ferret的 API來編寫自己的analyzer，其中在實現(xiàn)token_stream方法上面使用了XXXAnalyzer.new和 XXXToken.new，XXXFilter.new，結果內存急劇泄漏，經過檢查發(fā)現(xiàn)是Analyzer對象不能被反復創(chuàng)建，改成創(chuàng)建后緩存該對象就 好了，但是Filter和Token對象卻必須每次創(chuàng)建，此外ferret的PerAnalyzerFilter也有內存泄漏問題。由于類庫是用C編寫 的，單純看API文檔或者看源代碼片斷一般無法判斷出里面的內存泄漏陷阱的。
當遇到了難以解決和定位的內存泄漏問題，Ruby也有類似Java的內存Profiler工具：
1、Memory Profiler
一個純ruby編寫的內存探測器，原理很簡單，就是用ruby的對象引用計數器ObjectSpace.each_object去遍歷內存堆中的 每個ruby對象，進行統(tǒng)計和分析。用起來很簡單，非常適合于開發(fā)環(huán)境下偵測內存泄漏問題，但不能用在生產環(huán)境下，極度影響Rails性能。
2、Bleak_house
Bleak_house給Ruby解析器打了補丁，插入相關的指令，可以從底層探測整個ruby內存堆中對象的情況，然后你可以定期dump出來 完整的內存堆里面的所有對象，再用bleak工具去分析dump文件，他比上面的工具分析的信息要全面，可以在測試環(huán)境和預發(fā)布環(huán)境下使用，但在生產環(huán)境 下，也會對應用的性能產生很大的影響，要慎用。
JavaEye網站在CentOS RoR性能方面的經驗就全部分享給大家了，也希望做CentOS RoR的朋友都拿出來自己的經驗和大家分享，共同學習和促進CentOS RoR的應用和普及。
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