FastCGI、ModPerl、PHP、普通CGI、SSI性能实测对比
/ns/wz/soft/data/20040225014342.htm
作者：NetDemon
email：netdemon@20cn.com
http://www.20cn.net/
本文版权属20CN网络安全小组所有，允许转载，但需保持文章的完整性并注明出处
现在的Web技术五花八门，不断有新的技术出现，如果您想制作一个能承受巨大访问量的互动网站（比如论坛等），那种方式最适合你呢？本文试图以比较实际的测试手法，对比一下各种技术的真实效果，测试包括了各种语言编写的CGI程序在不同的web环境下的效率，主要针对unix上的情况对windows的IIS，因为实际条件的限制，没法在同一个硬件条件下测试，因此没法完成.
阅读文章之前，我希望您先搞清楚一个概念，不要把CGI和perl语言联系在一起。
CGI英文全称是 Common Gateway Interface，通常翻译为共同网关接口，是HTTP服务器与机器上的其他程序进行通信的一个接口。这个“其他程序”可以使用任何计算机语言来编写，它通过CGI这个接口从HTTP服务器取得输入，然后把运行的结果又通过CGI这个接口交给HTTP服务器，而HTTP服务器把这个结果送给浏览器。
perl是一种解释形的计算机语言，具有强大且方便的文本处理能力，被誉为计算机的“瑞士军刀”，它被除了Windows之外的几乎所有的其他服务器操作系统所默认安装。BSD UINX 上有些系统命令就是用perl编写。如whereis which adduser catman等。因为HTTP动态页面主要就是文本的处理所以perl也就非常的适合来编写这个“其他程序”。这也就造成了一个很好笑的事实，上google搜索CGI，出来的国内网站基本都是在谈perl，在很多人眼里，CGI成了一种语言，成了perl的代名词。
CGI的出现让WEB从静态变为为动态，随着Web的越来越普及，很多的网站的都需要有动态的页面，以便与浏览者互交。CGI方式的缺点也越来越突出。因为HTTP要生成一个动态页面，系统就必须启动一个新的进程以运行CGI程序，不断地fork是一项很消耗时间和资源的工作。如果能够让HTTP服务器本身就支持一种语言，用这个语言来编写动态页面的话，这就至少不需要fork。因此就出现一种叫做动态网页设计语言的东西，如php,asp,jsp。这些不是真正的语言，他们都只是专门用于web的，脱离了web环境，他们就什么都干不了（php正在努力改变这种现状）。
而SSI（服务端包含）是一种早期的较为简单及粗糙的动态方式，能够实现的功能很少，基本上现在很少使用，但如果只是简单的处理，这也未尝不是一个好的方法。他是Http服务器本身所支持的"语言"。
modperl简单点说就是类似php的方式，让apache http服务器本身能够支持perl语言，除了能够不需要每一个请求就启动perl解释器来解释perl之外，还能够让你可以用perl来写apache的模块，让你自己的程序成为http服务器本身的功能,以及用perl语言来设置httpd.conf等，详细情况请见http://perl.apache.org/
至于fastcgi，那又是另外的一种方式，他让这个CGI程序，以类似系统的守护进程(NT服务)那样的运行，而不是每次请求都是启动一个新的进程，从理论上讲，这是目前最为有效的提高效率的方式。而且和CGI一样，不局限于用什么语言来写。详细资料：http://www.fastcgi.com/
无论用哪种方式，都不会比静态html快，我这里之所以把html的测试也包括主要是作为对比。
我在写这篇文章之前，也有其他的爱好者对这些方面做了一些测试并写有文章，但我觉得有些测试其实不大现实，比如，有些测试的静态文件是<html><body>hello World!</body></html>，而cgi是print "<html><body>hello World!</body></html>"; ，然后用并发1000个以上的连接来测试，但是现实我们怎么可能是这样的呢？如果只是把一个常量print出来，我们何苦用cgi？现实中我们的cgi一般总是需要对传入的HTTP变量作适当的处理，然后读取一个或多个文件或是读取数据库，继续处理，然后再输出。而实际的并发连接也通常不可能达到500或1000的数量。
因此我的测试尽量模拟比较现实的web行为，作为静态html参考的是20CN主页的"关于我们"这一页，http://www.20cn.net/aboutus.html，如果你简单的浏览一下20CN的各个页面，你可以发现，各个页面都有类似的地方，上方的logo,banner,主栏目连接部分是相同的，而下方的版权说明部分也是相同的，只是中间的主要页面主体部分不相同，因此我们可以认为这个站的各页面有3部分构成，如果用动态web的话，通常我们就是把相同的部分保存一个文件，每一页都输出这个内容，这样如果修改了这文件，整个网站都更改，不需要每页逐一修改，这也是动态web的最基本应用了(很遗憾，20CN因为早年的现实原因，实际并不是这样的实现的)。所以我就把这个about.html拆解为header.html fooder.html textbody.html三个文件，对应上、下、中。
而测试程序是这样，首先假设有一个输入，把这个输入变量处理分析过滤一通，然后读入这三个文件，把textbody这一部分也处理一通，然后再print出来。因为实际的处理应该还不止这么简单，因此测序程序我尽量使用非常没效率的处理方法作拟补。然后利用apahce自带的程序工具进行测试，并发连接数量方面我只使用50个，所谓并发(同时)连接50是指当apache把一个页面的数据在给浏览器1发送的这段时间内，他还同时还在给浏览器2 - 50发送，这样的情况相当于大概1000以上的人同时在线的网站，才有可能出现这样的情况。
用于测试的几种程序都是一样的工作流程：
打开3个文件-〉过滤输入-〉生成一个12位的随机字符-〉在文件2中查找这个字符-〉把文件2中所有的2、0、C、N的字符去掉-〉输出结果。（本来还有更加复杂的处理，但是用C实现起来很麻烦，就只能如此了），而shtml因为没办法做这样的处理，他只是简单的include这3个文件而已，aboutus.shtml的内容如下：
<!--#include virtual="/header.html" -->
<!--#include virtual="/textbody.html" -->
<!--#include virtual="/fooder.html" -->
好了，说了这么多，我看你也不耐烦了，下面就是你所关心的最重要的测试结果：
1.html静态页面KeepAlive
# ab -c50 -n3000 -k http://www.20cn.net/aboutus.html
Keep-Alive requests: 2985
Total transferred: 25224674 bytes
HTML transferred: 24266107 bytes
Requests per second: 1346.50 [#/sec] (mean)
Time per request: 37.13 [ms] (mean)
Time per request: 0.74 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 11321.67 [Kbytes/sec] received
2.html静态页面没有KeepAlive
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.net/aboutus.html
Requests per second: 916.03 [#/sec] (mean)
Time per request: 54.58 [ms] (mean)
Time per request: 1.09 [ms] (mean, across all concurrent requests)
Transfer rate: 7675.88 [Kbytes/sec] received
因为其他的方式都不能使用KeepAlive，而且ab的结果中最有意义的就是Requests per second（每秒完成多少次请求），我们取 Requests per second 916.03 作为下面测试的比较基准
3.SSI
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/aboutus.shtml
Requests per second: 507.10 [#/sec] (mean)
4.Perl写的普通CGI
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/cgi-bin/bench.pl
Requests per second: 8.00 [#/sec] (mean)
5.C写的普通CGI
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/cgi-bin/bench.cgi
Requests per second: 29.26 [#/sec] (mean)
6.Mod-Perl
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/mod-perl/bench.pl
Requests per second: 200.03 [#/sec] (mean)
7.PHP
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.com/bench.php
Requests per second: 180.14 [#/sec] (mean)
8.Perl写的FastCGI
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/cgi-bin/bench.fpl
Requests per second: 262.05 [#/sec] (mean)
9.C写的FastCGI
# ab -c50 -n3000 http://www.20cn.org/cgi-bin/bench.fcgi
Requests per second: 503.44 [#/sec] (mean)
结果非常的明显，用C的fastcgi达到了和shtml几乎一样的速度，考虑到shtml几乎不需要处理什么，我们可以认为C的Fastcgi比服务端包含还快。而perl写的FastCGI比C的性能差了近一半。但依然比其他任何方式都快。Mod-perl和php的原理差不多，只是用的语言不一样，所以他们的测试结果也是差不多。结果中最为突出的就是perl的普通CGI方式，他一定最低，这是测试之前就明白的道理。但低到这样的每秒只有8次请求的程度，就大跌眼镜了，只有C的普通CGI的4分之1。任何用perl写的以普通CGI方式运行的论坛阿什么的，说什么高速、海量都是完全吹牛的，本质就决定了它的不可能，完成3000次请求历时6分多钟，让我都没有耐心等待测试结果，本来准备进行的写入的测试也不想做了，留着等下回有耐心的时候再做吧。主要是测试带有写入，以及操作数据库的各种方式的差别。
测试环境：
硬件：PIII733 CPU 512M内存 IDE硬盘
OS：FreeBSD4.9-stable
软件：apache1.3.17+mod_fastcgi-2.2.12+mod_perl-1.27+mod_php4-4.3.4
Perl测试程序：
#!/usr/bin/perl
use 5.004;
use strict;
use Fcntl qw(:flock);
use CGI qw(:cgi);
use FCGI;#普通CGI 和 mod_perl 注释掉此行
$| = 1;
#读入2个固定文件,也是fastcgi的init部分
my @header = readfile("../data/header.html");
my @fooder = readfile("../data/fooder.html");
while(FCGI::accept() >= 0) { #进入fastcgi循环，普通CGI 和 mod_perl 注释掉此行
#取得一个url变量，只是为了让CGI.pm运行
#过滤非数字和英文字母
my $param = param('param');
$param =~ s/\W//g;
#现实中我们通常根据用户的输入请求打开一个文件
#但测试的话我们把这个变量改为固定的一个文件
$param = "../data/textbody.html";
my @textbody = readfile($param);
#把textbody拷贝到另外一个数组进行处理
#我们不要处理的结果，只为了让程序作点什么而已
my @tmp = @textbody;
chomp(@textbody);
foreach(@tmp){
my $myrand = myrand();
if(/^$myrand/){
$_ .= $_;
}
$_ =~ s/[2][0][C][N]//g;
}
#然后把textbody写到一个随机名字的文件
#这是带有写入的测试，在只读的测试中，我们不要这一步
#直接跳到 my @out = (@header,@textbody,@fooder);
my $filename = myrand();
if(writefile("/tmp/$filename",\@textbody)){
#成功就把继续把这个文件再读进来一次，和原来的文件合并输出
#并把文件删掉
my @rebody = readfile("/tmp/$filename");
chomp(@rebody);
my @out = (@header,@rebody,@fooder);
print "Content-type:text/html;charset=gb2312\n\n";
print "@out";
unlink("/tmp/$filename");
}else{
#不成功输出错误信息
error("WRITE_FILE_ERROR");
exit;
}
}# 结束Fastcgi循环，普通CGI 和 mod_perl 注释掉此行
######### 子程序 #######
#读参数1指定的文件名，返回文件句柄
sub readfile {
unless(open(FH,"<$_[0]")) {error("READ");exit;}
unless(flock(FH,LOCK_SH)) {error("R_LOCK");exit;}
return <FH>;
close(FH);
}
#把参数2引用的数组内容逐行写入参数1指定的文件名，成功返回真
sub writefile {
my $file = shift;
my $data = shift;
unless(open(FH,">$file")) {return 0;}
unless(flock(FH,LOCK_EX)) {return 0;}
foreach my $line(@$data){
print FH "$line\n";
}
close(FH);
return 1;
}
#显示出错信息
sub error {
print "Content-type:text/html;charset=gb2312\n\n";
print "<html><body><p align=\"center\">$_[0]</body></html>";
}
#生成12位随机字符
sub myrand {
my @salt_chars=('a'..'z');
my $salt;
for (my $i=0;$i<12;$i++) {
$salt .= $salt_chars[rand(26)];
}
return $salt;
}
C测试程序：
#include <fcgi_stdio.h> //非Fastcgi为<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX_FILE_SIZE 1024*512
void MakeRandStr (char* str);
int ReadFile(char *filename,char *buf);
void Filter(char *buf, char *param);
int main(void){
char header[MAX_FILE_SIZE] = {0};
char fooder[MAX_FILE_SIZE] = {0};
char body[MAX_FILE_SIZE] = {0};
char html[MAX_FILE_SIZE * 3] = {0};
char tmp[MAX_FILE_SIZE * 3] = {0};
char randstr[16],param[512],buf[512];
int i,j,len;
char *query_string,*p;
//读入2个固定文件,也是fastcgi的init部分
ReadFile("../data/header.html",header);
ReadFile("../data/fooder.html",fooder);
while(FCGI_Accept() >= 0){ //fastcgi开始
//取得url变量,并对它过滤
query_string = getenv("QUERY_STRING");
strncpy(buf,query_string,512);
Filter(buf,param);
//然后打开一个我们需要显示的文件
ReadFile("../data/textbody.html",body);
MakeRandStr (randstr); //生成随机字符串
//把textbody拷贝到另外一个地方进行处理
strcpy(html,body);
//查找字符
p=html;
len = strlen(p) - strlen(randstr);
for(i=0;i<len;i++){
if(!strncmp(p,test,strlen(randstr))){
strcat(html,"1");
}
p++;
}
p=strtok(html,"20CN"); //去掉20CN
strcat(tmp,p);
while((p=strtok(NULL,"20CN"))){
strcat(tmp,p);
}
//处理完毕，把结果输出，我们做这些处理只是为了让程序消耗点资源
//为了最终的输出和作对比的html大小保持一致，我们还是输出原来的
sprintf(html,"%s\n%s\n%s\n",header,body,fooder);
printf("Content-type:text/html;charset=gb2312\n\n");
printf("%s\n",html);
}
}
/********* 子程序 *************/
//读文件
int ReadFile(char *filename,char *buf)
{
int fd,len = 0;
struct stat st;
fd = open(filename,O_RDONLY);
if(fd == -1)
return 0;
else
flock(fd,LOCK_SH);
fstat(fd,&st);
if(st.st_size < MAX_FILE_SIZE)
len=read(fd,buf,st.st_size);
else
len=read(fd,buf,MAX_FILE_SIZE);
return len;
}
//产生12位随机字符
void MakeRandStr (char* str)
{
int i, ch = (int)time(0);
srand(ch);
for(i=0;i<12;i++){
ch = rand()%26+ 97;
str[i] = ch;
}
str[i] = '\0';
}
//对非数字和英文字母的字符串进行过滤
void Filter(char *buf, char *param)
{
int i,j;
for(i=0;i<512;i++){
if(!isalnum(buf[i]))
buf[i] = ' ';
}
for(i=0,j=0;i<512;i++){
if(!isspace(buf[i])){
param[j] = buf[i];
j++;
}
}
}
php测试程序：
<?php
/* 过滤 URL GET 方式传入变量 param */
$param = preg_replace("/\W/", '', $_GET['param']);
/* 打开三个文档 */
$File = array('../data/header.html', '../data/fooder.html', '../data/textbody.html');
if(($fp1 = fopen($File[0], 'r')) === false) exit(1);
if(($fp2 = fopen($File[1], 'r')) === false) exit(1);
if(($fp3 = fopen($File[2], 'r')) === false) exit(1);
/* 读入 tmp */
$tmp1 = fread($fp1, filesize($File[0]));
$tmp2 = fread($fp2, filesize($File[1]));
$tmp3 = fread($fp3, filesize($File[2]));
$tmp = $tmp3;
fclose(fp1);
fclose(fp2);
fclose(fp3);
/* 取得 12字符随机字串 */
for($i = 0; $i < 12; $i++) {
srand((double)microtime() * 1000000);
$ran[$i] = rand() % 26 + 97;
}
/* 查找字串 */
$find = strspn($tmp, $ran);
/* 过滤 2,0,C,N */
$fliter = preg_replace("/[2|0|C|N]/", '', $tmp);
echo "$tmp1$tmp2$tmp3";
?>
===============================================
本文版权属20CN网络安全小组及其作者所有,如有转载,请保持文章完整性并注明出处
文章类型:原创 提交:NetDemon 核查:NetDemon