Компьютерные сети. 6-е изд.

Таким образом, URL-адреса можно применять не только для навигации по просторам Всемирной паутины, но и для использования старых протоколов (например, FTP и электронной почты), новых протоколов (для аудио- и видеоданных), а также для обеспечения удобного доступа к локальным файлам и информации браузера. Благодаря этому пропадает необходимость в любых специальных интерфейсных программах для вышеперечисленных целей, а интернет-доступ практически полностью интегрируется в одну программу: веб-браузер. Если бы мы не знали, что эту идею предложил британский физик, работавший в составе многонациональной исследовательской лаборатории в Швейцарии, то можно было бы подумать, что этот план разработан в рекламном отделе какой-нибудь софтверной компании.

Сторона сервера

О стороне клиента сказано уже достаточно много. Поговорим теперь о стороне сервера. Как мы уже знаем, когда пользователь вводит URL-адрес или кликает по гиперссылке, браузер производит синтаксический разбор URL-адреса и интерпретирует часть, заключенную между https:// и следующей косой чертой, как искомое DNS-имя. Вооружившись IP-адресом сервера, браузер устанавливает TCP-соединение с его портом 443. Затем отсылается команда, содержащая оставшуюся часть URL-адреса (путь к странице на данном сервере). Сервер возвращает браузеру ту страницу, которую он должен отобразить.

Если не вдаваться в детали, простой веб-сервер работает примерно так, как показано на илл. 6.6. Этому серверу передается имя файла, который нужно найти и отправить по сети. В обоих случаях в основном цикле сервер выполняет следующие действия:

1. Принимает входящее TCP-соединение от клиента (браузера).

2. Получает путь к странице, являющийся именем запрашиваемого файла.

3. Получает файл (с диска).

4. Высылает содержимое файла клиенту.

5. Разрывает TCP-соединение.

Современные веб-серверы обладают более широкими возможностями, однако в основе их работы лежат именно перечисленные шаги, которые предпринимаются в случае запроса контента из файла. Если контент динамический, третий шаг может быть заменен выполнением программы (указанной в пути), которая генерирует и возвращает определенный контент.

Если нужно обрабатывать сотни и даже тысячи запросов в секунду, веб-серверы работают иначе. Одна из проблем простой реализации состоит в том, что доступ к файлам часто становится узким местом производительности. Чтение с диска идет слишком медленно по сравнению с работой программы, и одни и те же файлы могут считываться несколько раз из-за вызовов операционной системы. Другая проблема заключается в том, что за раз может быть обработан только один запрос. При запросе большого файла обработка других запросов будет блокироваться до окончания его передачи.

Очевидное решение этой проблемы (применяемое на всех веб-серверах) состоит в том, чтобы кэшировать в памяти n последних запрошенных файлов или определенное количество гигабайтов контента. Прежде чем обратиться за файлом к диску, сервер проверяет содержимое кэша. Если файл есть в кэше, его можно сразу выдать клиенту, не обращаясь к диску. Конечно, для эффективного кэширования требуются большие объемы памяти и дополнительное время на проверку кэша и управление его содержимым, но суммарный выигрыш во времени почти всегда оправдывает эти издержки.

Параллельную обработку запросов также можно осуществить с помощью многопоточных (multithreaded) серверов. В одной из реализаций такого подхода сервер состоит из интерфейсного модуля, принимающего все входящие запросы, и k обрабатывающих модулей (илл. 7.22). Все k + 1 потоков принадлежат одному и тому же процессу, поэтому у обрабатывающих модулей есть доступ к кэшу в адресном пространстве процесса. Когда приходит запрос, интерфейсный модуль принимает его и создает краткую запись с его описанием. Затем запись передается одному из обрабатывающих модулей.

Сначала обрабатывающий модуль проверяет, нет ли запрашиваемого объекта в кэше. При наличии этого объекта в кэше он обновляет запись, включая в нее указатель на этот файл. Если искомого файла в кэше нет, обрабатывающий модуль обращается к диску и считывает файл в кэш (при этом, возможно, удаляя некоторые хранящиеся там файлы, чтобы освободить место). Считанный с диска файл помещается в кэш и отсылается клиенту.

Илл. 7.22. Многопоточный веб-сервер с интерфейсным модулем и набором обрабатывающих модулей

Преимущество такого подхода заключается в том, что пока один или несколько обрабатывающих модулей заблокированы в ожидании окончания дисковой или сетевой операции (при этом они не потребляют мощности центрального процессора), другие модули могут активно обрабатывать другие запросы. Имея k обрабатывающих модулей, производительность можно повысить в k раз по сравнению с однопоточным сервером. Конечно, если ограничивающим фактором являются диск или сеть, то необходимо наличие нескольких дисков или более быстрой сети, чтобы действительно улучшить однопоточную модель.