沈阳工程学院毕业论文 第3章 Apache体系结构
第3章 Apache体系结构
本章从整体上介绍了Apache的三层体系结构，并着重介绍了核心功能层，分析了核心功能层中各个重要的组件及它们之间的相互依赖关系。另外本章还讲述了Apache的运行流程及主函数的实现细节。
Apache服务器是一个非常复杂的服务器，一方面，它是为处理Web应用而存在的，因此，它不需要实现所有与Web服务器相关的技术，比如HTTP协议、授权处理等；另一方面，它又是一个服务器，因此，它必须考虑到服务器设计的各种关键技术，比如如何承载高负载，如何方便地进行功能拓展等。因此对于Apache而言，如何设计它的体系结构成为一个头等的大事请。幸运的是，Apache采用了模块化的体系结构，它的大部分功能都被分割为相互独立的模块。这样，一方面，通过增加或删除模块就可以拓展和修改Apache提供的功能；另一方面，对于Apache功能的理解也变得非常容易。
3.1 Apache目录
在了解整个Apache体系结构之前，我们必须先了解Apache的源代码是如何组成的。Apache2.0版本的目录结构如图3-1所示。
support build test include docs srclib apr-util apr pcre os modules ssl proxy ··· Httpd-2.0.45 server mpm 图3-1 Apache2.0的源代码组织结构
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整个Apache核心功能包括请求处理、协议处理等功能，实现文件全部包含在server目录中，server目录中又包含一个称之为mpm的目录。在2.0以上的版本中，Apache推出了多种进程的一种并发模型，包括线程池，预创建等，这些都被称之为多进程处理模块（MPM）。它们之间既互相独立，又能互相替换。这些模块统统保存在mpm目录中。每一种并发模型对应一个.c文件。
另外一个重要的目录就是modules，顾名思义，其中保存着Apache中的所有模块。每一个模块占有一个目录，比如AAA认证模块目录为aaa。代理模块名称为proxy。
include目录包含了Apache中必须的头文件。
srclib目录中包含了Apache开发和运行所需要的基础库。 os目录中包含了各个操作系统中所特有的内容。
docs目录中包含了Apache提供的文档
test目录中包含了很多APR库使用的测试函数。
3.2 Apache层次结构
整个Apache可以被划分为四个大的层次：可以只运行库层（APR）、Apache核心功能层（Apache CPRE）、Apache可选功能层（Apache Optional Module）及Apache第三方支持库。图3-2描述了Apache中的层次关系。
OpenSSLmod_SSLhttp_core共享内存LDAP5······Apache模块中使用的第三方支持库PerlPHPmod_rewritemod_phpmod_spelingmod_ladpmod_perl4······Apache可选功能层Apache核心核心模块http_protocolhttp_requestmod_MPMmod_coremod_httpmod_so3···Apache核心功能层Libapr库2文网件···络可移植运行库层或者操作系统适配层libldaplibldaplibpcre1操作系统（Operating System）IOIO平台功能层
图3-2 Apache的体系结构
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3.2.1 操作系统支持层
Apache归根结底是建立在操作系统的普通的营运程序上的，因此，很多时候必须使用操作系统本身提供的底层功能。离开了操作系统，Apache就失去了存在的根基。
3.2.2 可移植运行库层
早期的Apache设计者并没有把跨平台作为Apache的设计目标之一，但是从Apache2.0开始，Apache就专门封装不同操作系统API的任务独立出来形成一个新的项目APR，全称为Apache可移植运行库。APR的任务是屏蔽底层的操作系统API细节，对于所有的操作系统，提供一个完全相同的函数接口。这样，Apache开发者就不必顾虑操作系统细节，而是只要开发商层功能即可。
3.2.3 核心功能层
对于Apache而言，其最核心的功能则位于第三层，我们称之为核心功能层。这层主要包括两大部分：Apache核心程序和Apache核心模块。
Apache的核心程序主要用于实现Apache作为HTTP服务器的基本功能，这些基本功能包括：
(1)启动和停止Apache
(2)处理配置文件（config.c） (3)接受和处理HTTP连接
(4)读取HTTP请求并对该请求进行处理 (5)处理HTTP协议
核心层另一个重要组成部分就是核心模块。Apache中大部分模块都是可选择的，这意味着对于Apache而言是可有可无的。这些模块的缺失至多影响Apache功能完整性，并不影响运行。但是有两个模块是必须的，即mod_core和mod_so。前者负责处理文件中大部分配置指令，并根据这些指令运行Apache，而后者则负责动态加载其余的模块，缺少了该模块，其余的模块就无法使用。这两个模块都必须静态编译。
3.2.4 可选功能层
可选功能层通常指Apache模块。如前所述，除了mod_core和mod_so模块外，其余的模块都属于可选模块，在必要的时候可以被mod_so模块夹在到Apache中，二在不需要的时候也可以从Apache中卸载。
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3.3 Apache核心功能层
3.3.1 核心与可选模块的关系
Apache核心与Apache模块之间的关系是调用和被调用的关系，所有的模块都是直接与核心进行交互。
Apache核心模块和Apache可选模块的接口完全相同，并且它们队员爬出核心而言也是完全相同的。在处理过程中，核心并不会去关心谁是核心模块，谁是可选模块，它们都是一视同仁地被调用。核心模块和非核心模块的唯一区别就是加载的时间不同。核心模块通常必须静态加载，而非核心模块则既可以静态加载，也可以动态加载。因此核心模块是Apache中必不可少的一部分。
3.3.2 核心组件
对于Apache而言，Apache核心组件包括下面几大部分。 (1)配置文件组件（HTTP_CONFIG） (2)进程并发处理组件（MPM）
(3)连接处理组件（HTTP_CNNECTION）
(4)HTTP协议处理组件（HTTP_PROTOCOL） (5)HTTP请求处理组件（HTTP_REQUEST）
(6)HTTP核心组件（HTTP_CORE） (7)核心模块组件（MOD_CORE）
Apache核心组件之间的相互关系可以用图2-3进行描述。
MAIN(main.c)MPMHTTP_CONFIG(config.c)MOD_CORE(core.c)HTTP_CORE(http_core.c)HTTP_PROTOCOL(http_protocol.c)MOD_CORE(core.c)HTTPClientHTTP_CONNECTION(connection.c)HTTP_REQUEST(http_request.c)
图3-3 Apache各组件之间的交互关系
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3.4 Apache运行流程
Apache的运行流程可以细分为三个大的阶段。 (1)Apache启动过程。
(2)接受客户端连接，并处理该连接。
(3)从连接中读取请求数据，处理客户端的第一次请求。
3.4.1 Apache启动过程
Apache的启动包括两个阶段：高权限启动阶段和低权限运行阶段，通常称之为两阶段启动方式。Apache总是以root用户身份启动运行，因此启动Apache时首先必须获得root权限。在启动的过程中，初始化工作包括以下几个方面。
由于Apache中绝大多是的内存都是基于内存池分配的，因此，在Apache启动的时候必须首先初始化内存池资源。另外，初始化的一个重要任务就是对配置文件惊醒读取和解析。在启动的工程中，配置文件会被读取两次。第一次称之为预读取，主要是从配置文件中获取第二次配置文件中需要的一些配置信息；基于第一次读取的结果，第二次才是真正的配置文件读取。
在启动的最后阶段，Apache将通过调用ap_mpm_run函数将控制权交给MPM模块，只有MPM模块执行失败或执行完毕的时候，执行权才会从MPM返回到主程序中。MPM是Apache服务器和操作系统之间的接口，它的目的只有一个，就是充分利用操作系统特性，对服务器的并发进行最大化的优化。
3.4.2 HTTP连接处理
在接收到客户端的HTTP连接之后，客户端的IP地址已经可以获取。通过该IP地址，便可以确定该IP地址所对应的虚拟主机族，因此，连接处理的第一件事情就是更新虚拟主机的相关信息。
对于连接处理，最主要的任务就是调用预先定义好的连接处理挂钩process_connection。任何模块模块如果要处理连接，都可以实现该挂钩。一旦某个模块是相爱挂钩，那么在连接处理的过程中他们将会被调用。
在连接处理过程中，通过调用ap_read_request函数进入请求读取过程，然后调用ap_process_request对该请求进行处理。
3.4.3 请求报文读取
一旦接收到客户端的连接，请求数据将被读取出来，然后HTTP_PROTCCOL模块将开始对该报文进行解析，请求的解析包括三部分：
(1)HTTP请求头 (2)HTTP请求域
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