作為一種資源的組織和表達(dá)機(jī)制，Web已成為Internet主要的信息傳送媒介。因此Web的性能已經(jīng)成為判斷一個網(wǎng)站成功與否的一個重要評估標(biāo)準(zhǔn)。而Web Server則是決定Web性能的重要環(huán)節(jié)。Web系統(tǒng)在現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用，而Web服務(wù)器則是Web系統(tǒng)的一個重要組成部分。完整的Web結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：HTTP協(xié)議，Web服務(wù)器，通用網(wǎng)關(guān)接口CGI、Web應(yīng)用程序接口、Web瀏覽器。Web Server性能就是指一個Web Server響應(yīng)用戶請求的能力。為了提高Web Server的性能人們進(jìn)行了諸多嘗試，已經(jīng)取得了可喜的成果。

　　典型的購物網(wǎng)站中，客戶的請求是基于會話（Session）的。Session直接翻譯成中文比較困難，一般都譯成時域。在計(jì)算機(jī)術(shù)語中，Session是指一個終端用戶與交互系統(tǒng)進(jìn)行通信的時間間隔，通常指從注冊進(jìn)入系統(tǒng)到注銷退出系統(tǒng)之間所經(jīng)過的時間以及如果需要的話，可能還有一定的操作空間。具體到Web中的Session指的就是用戶在瀏覽某個網(wǎng)站時，從進(jìn)入網(wǎng)站到瀏覽器關(guān)閉所經(jīng)過的這段時間，也就是用戶瀏覽這個網(wǎng)站所花費(fèi)的時間。因此從上述的定義中我們可以看到，Session實(shí)際上是一個特定的時間概念。需要注意的是，一個Session的概念需要包括特定的客戶端，特定的服務(wù)器端以及不中斷的操作時間。A用戶和C服務(wù)器建立連接時所處的Session同B用戶和C服務(wù)器建立連接時所處的Session是兩個不同的Session.客戶對不同行為的響應(yīng)時間的要求也不同，例如瀏覽客戶能忍受的延遲可能不超過1秒，而對于查詢操作客戶可忍受的延遲會較長些。于是把請求分成4種：瀏覽、購物付賬、查詢和瀏覽靜態(tài)頁面。對于每個到達(dá)的請求依據(jù)其種類進(jìn)入相應(yīng)的隊(duì)列，再動態(tài)調(diào)整隊(duì)列權(quán)值，其依據(jù)就是使得效益函數(shù)取得值。然后采用動態(tài)加權(quán)公平服務(wù)（Dynamic Weighted Fair Service,DWFS）算法，對不同類型的請求提供有區(qū)別但相對權(quán)值來說又是公平的服務(wù)。

　　1  相關(guān)工作

　　算法思想來源于一個理想的公平的策略--處理機(jī)共享[6].它先建立多個隊(duì)列，在每次循環(huán)中只發(fā)送1位。這樣，每個忙的源站都能夠得到完全相同的處理機(jī)容量，是化公平的。特別是，如果有N個隊(duì)列，同時每個隊(duì)列永遠(yuǎn)都有1個分組要發(fā)送，則每個隊(duì)列就正好得到可用容量的1/N.這種處理稱為處理機(jī)共享。下面定義一些術(shù)語。

　　R（t）：時間t內(nèi)，在處理機(jī)共享規(guī)則中發(fā)生的循環(huán)次數(shù)。

　　N（t）：t時刻的非空隊(duì)列數(shù)。

　　Pi:分組i的處理時間。

　　Zia:在隊(duì)列a中分組i的到達(dá)時間。

　　Sia:隊(duì)列a中分組i的開始被處理時R（t）的值。

　　Fia:在隊(duì)列a中分組i的結(jié)束處理時R（t）的值。

　　可以將R（t）想象成一個虛擬時間，記錄了在隊(duì)列頭部第1個分組所看到的服務(wù)速率。

　　下面的3個遞歸關(guān)系式歸納了處理機(jī)共享系統(tǒng)的基本思想：

　　2  Web Server性能改進(jìn)算法的基本原理

　　本文提出的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。其思想是：將顧客的請求根據(jù)所需要的服務(wù)器類型分類；對同一類請求分配相同的權(quán)值；權(quán)值會隨著當(dāng)前的請求和Web服務(wù)器的處理情況調(diào)整；基于權(quán)值對請求進(jìn)行公平服務(wù)。

　　2.1 算法基本思想

　　為了使處理機(jī)能支持服務(wù)質(zhì)量，而有區(qū)別地分配容量，并且能夠發(fā)送整個分組，而不是單個位，就需要設(shè)計(jì)一個具有區(qū)別服務(wù)的可實(shí)現(xiàn)的處理機(jī)共享系統(tǒng)。

　?。?）考慮公平加權(quán)。為了考慮不同隊(duì)列的不同需求，應(yīng)將處理機(jī)共享規(guī)則廣義化，即允許分配任意的處理機(jī)容量。為每個隊(duì)列指派1個權(quán)值Φα，它確定了在每次循環(huán)中從該隊(duì)列可發(fā)送多少比特。假設(shè)只有3個隊(duì)列且均為非空，權(quán)值分別為0.8、0.1和0.1.對于隊(duì)列1中的請求i,Pi是全部處理機(jī)資源都在處理此請求時所需的時間，則請求i在這種情況下的實(shí)際處理時間就變?yōu)镻i/0.8=5Pi/4,比原來大1/4倍。因?yàn)榉强贞?duì)列權(quán)值之和未必等于1,所以公式（1）中的Pi不能簡單地變?yōu)镻i/Φi,而應(yīng)變換為（Pi/Φi）*C1,其中C1在給定的權(quán)值下為常數(shù)。因?yàn)殛?duì)列具有權(quán)值，不能同等對待，所以虛擬時間R（t）也要變化，不再是1/N（t）。非空隊(duì)列的權(quán)值之和越大，處理能力越分散，輪詢一遍所需的時間就越長，虛擬時間的漲幅越小。即R（t）′與∑Φ非空隊(duì)列成反比，記為R（t）′=C2/∑Φ非空隊(duì)列，其中C2在給定的權(quán)值下為常數(shù)。把以上2個結(jié)論分別代入公式（1）、（2）、（3），就得到如下3個式子：

　?。?）考慮具體實(shí)現(xiàn)。由于要處理的不是單個位，而是整個請求，屬0/1問題，因此需進(jìn)一步完善。加權(quán)公平服務(wù)算法就是設(shè)計(jì)一個模擬逐位輪流的規(guī)則。實(shí)現(xiàn)此算法時要隨時計(jì)算虛擬開始時間Si與虛擬結(jié)束時間Fi,就好像正在運(yùn)行加權(quán)的處理機(jī)共享那樣。規(guī)定：只要一個請求的處理過程結(jié)束，下一個將被處理的請求就具有Fi值。為此建立了請求到達(dá)處理模型，且可以發(fā)現(xiàn)，隨著時間的推移，請求收到的平均響應(yīng)時間收斂于在逐位發(fā)送規(guī)則下的結(jié)果。

　　2.2 動態(tài)調(diào)整權(quán)值

　　由于服務(wù)不同，賦予的初始權(quán)值也就不同。而且每個隊(duì)列長度也在不斷變化，因此要防止擁塞，就需要每隔一定時間調(diào)用權(quán)值調(diào)整函數(shù)，根據(jù)隊(duì)列初始權(quán)值和當(dāng)前隊(duì)列長度計(jì)算新的權(quán)值。

　　2.3 權(quán)值調(diào)整算法和加權(quán)公平服務(wù)算法

　　每隔一段時間調(diào)用權(quán)值調(diào)整方法：

　　每次請求處理結(jié)束，調(diào)用加權(quán)公平服務(wù)方法，返回下一個應(yīng)處理的請求：

　　3  Web Server性能改進(jìn)算法具體實(shí)現(xiàn)

　　3.1 系統(tǒng)模擬環(huán)境

　　系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)框圖如圖2所示。在真實(shí)的Web服務(wù)器前端實(shí)現(xiàn)一個代理（Proxy），在Proxy中實(shí)現(xiàn)了FIFO和DWFS算法。為了產(chǎn)生較多的HTTP請求，用程序模擬了HTTP客戶端的實(shí)現(xiàn)。該客戶端能按照一定的時間間隔和規(guī)律來生成請求。

　　3.2 實(shí)驗(yàn)程序說明

　　使用Java程序模擬Proxy的實(shí)現(xiàn)。其實(shí)現(xiàn)主要由以下類組成。

　?。?）Http客戶端（HttpClient）：模擬客戶機(jī)發(fā)送Http請求。

　?。?）Http服務(wù)端（HttpServer）：模擬服務(wù)器，將Http請求進(jìn)行排隊(duì)處理。

　?。?）Http請求接收（HttpRequestRsv）：接收Http請求，根據(jù)訪問頁面分類進(jìn)入隊(duì)列。

　?。?）Http請求隊(duì)列（HttpRequestQueue）：隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　?。?）Http請求隊(duì)列處理（HttpRequestQueueHandler）：采取FIFO或DWFS進(jìn)行調(diào)度。

　?。?）Http請求處理（HttpRequestHandler）：調(diào)度后，發(fā)送真實(shí)Http請求，并進(jìn)行處理。

　?。?）數(shù)據(jù)日志（Datalog）：記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫日志文件。

　　3.3 實(shí)驗(yàn)初始參數(shù)

　　服務(wù)器同時處理10個請求，選用了幾個有代表性的頁面，各頁面參數(shù)如表1所示。

　　4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)采集的參數(shù)包括：當(dāng)前請求響應(yīng)時間、各隊(duì)列當(dāng)前平均響應(yīng)時間、所有請求的平均響應(yīng)時間和各隊(duì)列當(dāng)前長度。

　?。?）分別間隔300ms和200ms發(fā)送請求分析響應(yīng)時間。在每隔300ms發(fā)送請求時，2種算法下的系統(tǒng)性能幾乎相同。而且，隨著發(fā)送的請求個數(shù)越來越多，響應(yīng)時間并未增大。因?yàn)槊扛?00ms的時間發(fā)送一個請求的速度對于Web服務(wù)器來說遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和，因此不論采用什么算法，都不會造成系統(tǒng)的擁塞，系統(tǒng)性能相對穩(wěn)定，2種算法沒有明顯區(qū)別。每隔200ms發(fā)送請求時，在前150個請求到來之前2種算法的系統(tǒng)性能幾乎相同。然而隨著請求的增多，應(yīng)用DWFS算法的請求響應(yīng)時間只是FIFO的一半。這說明在系統(tǒng)負(fù)載接近飽和的情況下，DWFS算法會使系統(tǒng)性能明顯提高。

　?。?）分析間隔200ms發(fā)送請求時的隊(duì)列平均響應(yīng)時間和隊(duì)列長度。在發(fā)送130個請求后，F(xiàn)IFO的各個隊(duì)列平均響應(yīng)時間和長度均大于DWFS各隊(duì)列的響應(yīng)時間。此外，應(yīng)用FIFO的各隊(duì)列極不穩(wěn)定，不論"長"請求隊(duì)列還是"短"請求隊(duì)列都可能得不到響應(yīng)，隊(duì)列會出現(xiàn)擁塞。而DWFS的各個隊(duì)列平均響應(yīng)時間和隊(duì)列長度相對穩(wěn)定，但對于需要較長處理時間的搜索頁面隊(duì)列通常的響應(yīng)時間也較長，會有較多的請求排隊(duì)。

　　5  結(jié)論及展望

　　該體系結(jié)構(gòu)中仍然存在一些不足：請求的產(chǎn)生是均勻、依次的，而實(shí)際客戶訪問各個頁面都是隨機(jī)的；僅在特定時刻根據(jù)隊(duì)列的長度調(diào)整權(quán)值。針對以上不足可作進(jìn)一步的改善：在請求的產(chǎn)生上，引入概率轉(zhuǎn)移矩陣模型用于反映客戶在不同隊(duì)列間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，以更客觀地模擬實(shí)際請求；根據(jù)客戶的優(yōu)先級調(diào)整權(quán)值。