Web 服务与 I/O 模型深度解析
一、Web 服务核心模型
1.1 Apache 的三种工作模式
Apache 作为老牌 Web 服务器，其性能表现高度依赖于 MPM（Multi-Processing Module）的选择。
预派生模式 (prefork)
这是最经典的模型。主进程负责派生多个独立的子进程，每个子进程单线程处理请求。它基于 select 模型，最大并发数通常限制在 1024。
- 资源特性：内存占用较高，但稳定性极佳，故障隔离性好。
- 适用场景：访问量中等、对稳定性要求极高的传统场景。
- 注意：由于每个请求对应一个进程，高并发下资源消耗过大，不适合现代高流量站点。
多进程 + 多线程混合模式 (worker)
为了解决 prefork 的资源浪费问题，worker 模型引入了线程机制。主进程启动多个子进程，每个子进程包含固定数量的线程池。当线程不足时，主进程会补充新子进程。
- 优势：相比 prefork 显著降低内存占用，支持更高并发。
- 隐患：长连接（keepalive）会长期占用线程槽位，高并发下容易出现无可用线程的情况。
事件驱动模型 (event)
从 Apache 2.4.X 开始正式支持，基于 epoll 事件驱动。它专门优化了 keepalive 连接的处理，有真实请求时才分配服务线程，执行完立即释放。
- 优势：单线程响应多请求，内存占用少，高并发表现优秀。
- 局限：缺乏完善的线程安全控制机制，配置需谨慎。
1.2 Nginx - 高性能 Web 服务端
Nginx 由俄罗斯工程师 Igor Sysoev 开发，最初用于解决 Rambler.ru 搜索引擎的高并发需求。自 2004 年发布以来，已成为互联网基础设施的核心组件。天猫、淘宝、京东等一线大厂均在其生产环境中广泛使用或二次开发。
核心特性：
- 支持 HTTP 服务器、反向代理、邮件服务器。
- 快速响应静态网页请求，支持 FastCGI/SSL/Virtual Host/URL Rewrite/Gzip 等高级功能。
- 1.9 版本以上开启 stream 模块后，可支持 TCP/UDP 负载均衡。
- 拥有强大的第三方扩展生态。
二、服务端 I/O 流程基础
理解 I/O 模型前，先明确几个基本概念。
2.1 关键术语
- I/O：输入输出，指用户空间进程与内核空间的数据交换。由于内核与用户空间严格隔离，数据需经过拷贝。
- IOPS：每秒输入输出量，衡量磁盘性能的核心指标。
- 完整 I/O 过程：涉及数据准备和数据拷贝两个阶段。内核将文件加载到内存缓冲区，再拷贝到进程内存。
2.2 服务器 I/O 类型
- 磁盘 I/O：进程发起系统调用，内核通过驱动加载文件。大文件加载耗时较长。
- 网络 I/O：本质是对 socket 文件的读写，涉及网络协议栈与用户空间的数据交换。
三、I/O 模型核心概念
3.1 同步与异步
- 同步：被调用者不主动通知结果，调用者需主动查询状态。
- 异步：被调用者通过状态、通知或回调主动告知运行状态。
