]> granicus.if.org Git - apache/blob - docs/manual/mod/event.xml
XML update.
[apache] / docs / manual / mod / event.xml
1 <?xml version="1.0"?>
2 <!DOCTYPE modulesynopsis SYSTEM "../style/modulesynopsis.dtd">
3 <?xml-stylesheet type="text/xsl" href="../style/manual.en.xsl"?>
4 <!-- $LastChangedRevision$ -->
5
6 <!--
7  Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more
8  contributor license agreements.  See the NOTICE file distributed with
9  this work for additional information regarding copyright ownership.
10  The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0
11  (the "License"); you may not use this file except in compliance with
12  the License.  You may obtain a copy of the License at
13
14      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
15
16  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
17  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
18  WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
19  See the License for the specific language governing permissions and
20  limitations under the License.
21 -->
22
23 <modulesynopsis metafile="event.xml.meta">
24 <name>event</name>
25 <description>A variant of the <module>worker</module> MPM with the goal
26 of consuming threads only for connections with active processing</description>
27 <status>MPM</status>
28 <sourcefile>event.c</sourcefile>
29 <identifier>mpm_event_module</identifier>
30
31 <summary>
32     <p>The <module>event</module> Multi-Processing Module (MPM) is,
33     as its name implies, an asynchronous, event-based implementation
34     designed to allow more requests to be served simultaneously by
35     passing off some processing work to the listeners threads, freeing up
36     the worker threads to serve new requests.</p>
37
38     <p>To use the <module>event</module> MPM, add
39       <code>--with-mpm=event</code> to the <program>configure</program>
40       script's arguments when building the <program>httpd</program>.</p>
41
42 </summary>
43
44 <seealso><a href="worker.html">The worker MPM</a></seealso>
45
46 <section id="event-worker-relationship"><title>Relationship with the Worker MPM</title>
47 <p><module>event</module> is based on the <module>worker</module> MPM, which implements a hybrid
48 multi-process multi-threaded server. A single control process (the parent) is responsible for launching
49 child processes. Each child process creates a fixed number of server
50 threads as specified in the <directive module="mpm_common">ThreadsPerChild</directive> directive, as well
51 as a listener thread which listens for connections and passes them to a worker thread for processing when they arrive.</p>
52
53 <p>Run-time configuration directives are identical to those provided by <module>worker</module>, with the only addition
54 of the <directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive>.</p>
55
56 </section>
57
58 <section id="how-it-works"><title>How it Works</title>
59     <p>This original goal of this MPM was to fix the 'keep alive problem' in HTTP. After a client
60     completes the first request, it can keep the connection
61     open, sending further requests using the same socket and saving
62     significant overhead in creating TCP connections. However,
63     Apache HTTP Server traditionally keeps an entire child
64     process/thread waiting for data from the client, which brings its own disadvantages.
65     To solve this problem, this MPM uses a dedicated listener thread for each process
66     along with a pool of worker threads, sharing queues specific for those
67     requests in keep-alive mode (or, more simply, "readable"), those in write-
68     completion mode, and those in the process of shutting down ("closing").
69     An event loop, triggered on the status of the socket's availability,
70     adjusts these queues and pushes work to the worker pool.
71     </p>
72
73     <p>This new architecture, leveraging non-blocking sockets and modern kernel
74        features exposed by <glossary>APR</glossary> (like Linux's epoll),
75        no longer requires the <code>mpm-accept</code> <directive module="core">Mutex</directive>
76        configured to avoid the thundering herd problem.</p>
77
78     <p>The total amount of connections that a single process/threads block can handle is regulated
79         by the <directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> directive.</p>
80
81     <section id="async-connections"><title>Async connections</title>
82         <p>Async connections would need a fixed dedicated worker thread with the previous MPMs but not with event.
83         The status page of <module>mod_status</module> shows new columns under the Async connections section:</p>
84         <dl>
85             <dt>Writing</dt>
86             <dd>While sending the response to the client, it might happen that the TCP write buffer fills up because the connection is too slow. Usually in this case a <code>write()</code> to the socket returns <code>EWOULDBLOCK</code> or <code>EAGAIN</code>, to become writable again after an idle time. The worker holding the socket might be able to offload the waiting task to the listener thread, that in turn will re-assign it to the first idle worker thread available once an event will be raised for the socket (for example, "the socket is now writable"). Please check the Limitations section for more information.
87             </dd>
88
89             <dt>Keep-alive</dt>
90             <dd>Keep Alive handling is the most basic improvement from the worker MPM.
91             Once a worker thread finishes to flush the response to the client, it can offload the
92             socket handling to the listener thread, that in turns will wait for any event from the
93             OS, like "the socket is readable". If any new request comes from the client, then the
94             listener will forward it to the first worker thread available. Conversely, if the
95             <directive module="core">KeepAliveTimeout</directive> occurs then the socket will be
96             closed by the listener. In this way the worker threads are not responsible for idle
97             sockets and they can be re-used to serve other requests.</dd>
98
99             <dt>Closing</dt>
100             <dd>Sometimes the MPM needs to perform a lingering close, namely sending back an early error to the client while it is still transmitting data to httpd.
101             Sending the response and then closing the connection immediately is not the correct thing to do since the client (still trying to send the rest of the
102             request) would get a connection reset and could not read the httpd's response. The lingering close is time bounded but it can take relatively long
103             time, so it's offloaded to a worker thread (including the shutdown hooks and real socket close). From 2.4.28 onward this is also the
104             case when connections finally timeout (the listener thread never handles connections besides waiting for and dispatching their events).
105             </dd>
106         </dl>
107
108         <p>These improvements are valid for both HTTP/HTTPS connections.</p>
109
110         <p>The above connection states are managed by the listener thread via dedicated queues, that up to 2.4.27 were checked every 100ms
111         to find which connections hit timeout settings like <directive module="mpm_common">Timeout</directive> and
112         <directive module="core">KeepAliveTimeout</directive>. This was a simple and efficient solution, but it presented a downside: the pollset was
113         forcing a wake-up of the listener thread even if there was no need (for example because completely idle), wasting resources. From 2.4.28
114         these queues are completely managed via an event based logic, not relying anymore on active polling.
115         Resource constrained environments, like embedded servers, may benefit from this improvement.</p>
116
117     </section>
118
119     <section id="graceful-close"><title>Graceful process termination and Scoreboard usage</title>
120         <p>This mpm showed some scalability bottlenecks in the past leading to the following
121         error: "<strong>scoreboard is full, not at MaxRequestWorkers</strong>".
122         <directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive>
123         limits the number of simultaneous requests that will be served at any given time
124         and also the number of allowed processes
125         (<directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive> 
126         / <directive module="mpm_common">ThreadsPerChild</directive>), meanwhile
127         the Scoreboard is a representation of all the running processes and
128         the status of their worker threads. If the scoreboard is full (so all the
129         threads have a state that is not idle) but the number of active requests
130         served is not <directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive>,
131         it means that some of them are blocking new requests that could be served
132         but that are queued instead (up to the limit imposed by
133         <directive module="mpm_common">ListenBacklog</directive>). Most of the times
134         the threads are stuck in the Graceful state, namely they are waiting to
135         finish their work with a TCP connection to safely terminate and free up a
136         scoreboard slot (for example handling long running requests, slow clients
137         or connections with keep-alive enabled). Two scenarios are very common:</p>
138         <ul>
139             <li>During a <a href="../stopping.html#graceful">graceful restart</a>.
140             The parent process signals all its children to complete
141             their work and terminate, while it reloads the config and forks new
142             processes. If the old children keep running for a while before stopping,
143             the scoreboard will be partially occupied until their slots are freed.
144             </li>
145             <li>When the server load goes down in a way that causes httpd to
146             stop some processes (for example due to
147             <directive module="mpm_common">MaxSpareThreads</directive>).
148             This is particularly problematic because when the load increases again,
149             httpd will try to start new processes.
150             If the pattern repeats, the number of processes can rise quite a bit,
151             ending up in a mixture of old processes trying to stop and new ones
152             trying to do some work.
153             </li>
154         </ul>
155         <p>From 2.4.24 onward, mpm-event is smarter and it is able to handle
156         graceful terminations in a much better way. Some of the improvements are:</p>
157         <ul>
158             <li>Allow the use of all the scoreboard slots up to
159             <directive module="mpm_common">ServerLimit</directive>.
160             <directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive> and
161             <directive module="mpm_common">ThreadsPerChild</directive> are used
162             to limit the amount of active processes, meanwhile
163             <directive module="mpm_common">ServerLimit</directive> 
164             takes also into account the ones doing a graceful
165             close to allow extra slots when needed. The idea is to use
166             <directive module="mpm_common">ServerLimit</directive> to instruct httpd
167             about how many overall processes are tolerated before impacting
168             the system resources.
169             </li>
170             <li>Force gracefully finishing processes to close their
171             connections in keep-alive state.</li>
172             <li>During graceful shutdown, if there are more running worker threads
173             than open connections for a given process, terminate these threads to
174             free resources faster (which may be needed for new processes).</li>
175             <li>If the scoreboard is full, prevent more processes to finish
176             gracefully due to reduced load until old processes have terminated
177             (otherwise the situation would get worse once the load increases again).</li>
178         </ul>
179         <p>The behavior described in the last point is completely observable via
180         <module>mod_status</module> in the connection summary table through two new
181         columns: "Slot" and "Stopping". The former indicates the PID and
182         the latter if the process is stopping or not; the extra state "Yes (old gen)"
183         indicates a process still running after a graceful restart.</p>
184     </section>
185
186     <section id="limitations"><title>Limitations</title>
187         <p>The improved connection handling may not work for certain connection
188         filters that have declared themselves as incompatible with event. In these
189         cases, this MPM will fall back to the behavior of the
190         <module>worker</module> MPM and reserve one worker thread per connection.
191         All modules shipped with the server are compatible with the event MPM.</p>
192
193         <p>A similar restriction is currently present for requests involving an
194         output filter that needs to read and/or modify the whole response body.
195         If the connection to the client blocks while the filter is processing the
196         data, and the amount of data produced by the filter is too big to be
197         buffered in memory, the thread used for the request is not freed while
198         httpd waits until the pending data is sent to the client.<br />
199         To illustrate this point we can think about the following two situations:
200         serving a static asset (like a CSS file) versus serving content retrieved from
201         FCGI/CGI or a proxied server. The former is predictable, namely the event MPM
202         has full visibility on the end of the content and it can use events: the worker
203         thread serving the response content can flush the first bytes until <code>EWOULDBLOCK</code>
204         or <code>EAGAIN</code> is returned, delegating the rest to the listener. This one in turn
205         waits for an event on the socket, and delegates the work to flush the rest of the content
206         to the first idle worker thread. Meanwhile in the latter example (FCGI/CGI/proxied content)
207         the MPM can't predict the end of the response and a worker thread has to finish its work
208         before returning the control to the listener. The only alternative is to buffer the
209         response in memory, but it wouldn't be the safest option for the sake of the
210         server's stability and memory footprint.
211         </p>
212
213     </section>
214
215     <section id="background"><title>Background material</title>
216         <p>The event model was made possible by the introduction of new APIs into the supported operating systems:</p>
217         <ul>
218             <li>epoll (Linux) </li>
219             <li>kqueue (BSD) </li>
220             <li>event ports (Solaris) </li>
221         </ul>
222         <p>Before these new APIs where made available, the traditional <code>select</code> and <code>poll</code> APIs had to be used.
223         Those APIs get slow if used to handle many connections or if the set of connections rate of change is high.
224         The new APIs allow to monitor much more connections and they perform way better when the set of connections to monitor changes frequently. So these APIs made it possible to write the event MPM, that scales much better with the typical HTTP pattern of many idle connections.</p>
225
226         <p>The MPM assumes that the underlying <code>apr_pollset</code>
227         implementation is reasonably threadsafe. This enables the MPM to
228         avoid excessive high level locking, or having to wake up the listener
229         thread in order to send it a keep-alive socket. This is currently
230         only compatible with KQueue and EPoll.</p>
231
232     </section>
233
234 </section>
235
236 <section id="requirements"><title>Requirements</title>
237     <p>This MPM depends on <glossary>APR</glossary>'s atomic
238     compare-and-swap operations for thread synchronization. If you are
239     compiling for an x86 target and you don't need to support 386s, or
240     you are compiling for a SPARC and you don't need to run on
241     pre-UltraSPARC chips, add
242     <code>--enable-nonportable-atomics=yes</code> to the
243     <program>configure</program> script's arguments. This will cause
244     APR to implement atomic operations using efficient opcodes not
245     available in older CPUs.</p>
246
247     <p>This MPM does not perform well on older platforms which lack good
248     threading, but the requirement for EPoll or KQueue makes this
249     moot.</p>
250
251     <ul>
252
253       <li>To use this MPM on FreeBSD, FreeBSD 5.3 or higher is recommended.
254       However, it is possible to run this MPM on FreeBSD 5.2.1, if you
255       use <code>libkse</code> (see <code>man libmap.conf</code>).</li>
256
257       <li>For NetBSD, at least version 2.0 is recommended.</li>
258
259       <li>For Linux, a 2.6 kernel is recommended. It is also necessary to
260       ensure that your version of <code>glibc</code> has been compiled
261       with support for EPoll.</li>
262
263     </ul>
264 </section>
265
266 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>CoreDumpDirectory</name>
267 </directivesynopsis>
268 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>EnableExceptionHook</name>
269 </directivesynopsis>
270 <directivesynopsis location="mod_unixd"><name>Group</name>
271 </directivesynopsis>
272 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>Listen</name>
273 </directivesynopsis>
274 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ListenBacklog</name>
275 </directivesynopsis>
276 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>SendBufferSize</name>
277 </directivesynopsis>
278 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>MaxRequestWorkers</name>
279 </directivesynopsis>
280 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>MaxMemFree</name>
281 </directivesynopsis>
282 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>MaxConnectionsPerChild</name>
283 </directivesynopsis>
284 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>MaxSpareThreads</name>
285 </directivesynopsis>
286 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>MinSpareThreads</name>
287 </directivesynopsis>
288 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>PidFile</name>
289 </directivesynopsis>
290 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ScoreBoardFile</name>
291 </directivesynopsis>
292 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ServerLimit</name>
293 </directivesynopsis>
294 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>StartServers</name>
295 </directivesynopsis>
296 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ThreadLimit</name>
297 </directivesynopsis>
298 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ThreadsPerChild</name>
299 </directivesynopsis>
300 <directivesynopsis location="mpm_common"><name>ThreadStackSize</name>
301 </directivesynopsis>
302 <directivesynopsis location="mod_unixd"><name>User</name>
303 </directivesynopsis>
304
305 <directivesynopsis>
306 <name>AsyncRequestWorkerFactor</name>
307 <description>Limit concurrent connections per process</description>
308 <syntax>AsyncRequestWorkerFactor <var>factor</var></syntax>
309 <default>2</default>
310 <contextlist><context>server config</context> </contextlist>
311 <compatibility>Available in version 2.3.13 and later</compatibility>
312
313 <usage>
314     <p>The event MPM handles some connections in an asynchronous way, where
315     request worker threads are only allocated for short periods of time as
316     needed, and other connections with one request worker thread reserved per
317     connection. This can lead to situations where all workers are tied up and
318     no worker thread is available to handle new work on established async
319     connections.</p>
320
321     <p>To mitigate this problem, the event MPM does two things:</p>
322     <ul>
323         <li>it limits the number of connections accepted per process, depending on the
324             number of idle request workers;</li>
325         <li>if all workers are busy, it will
326             close connections in keep-alive state even if the keep-alive timeout has
327             not expired. This allows the respective clients to reconnect to a
328             different process which may still have worker threads available.</li>
329     </ul>
330
331     <p>This directive can be used to fine-tune the per-process connection
332     limit. A <strong>process</strong> will only accept new connections if the current number of
333     connections (not counting connections in the "closing" state) is lower
334     than:</p>
335
336     <p class="indent"><strong>
337         <directive module="mpm_common">ThreadsPerChild</directive> +
338         (<directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> *
339         <var>number of idle workers</var>)
340     </strong></p>
341
342     <p>An estimation of the maximum concurrent connections across all the processes given
343         an average value of idle worker threads can be calculated with:
344     </p>
345
346
347     <p class="indent"><strong>
348         (<directive module="mpm_common">ThreadsPerChild</directive> +
349         (<directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> *
350         <var>number of idle workers</var>)) *
351         <directive module="mpm_common">ServerLimit</directive>
352     </strong></p>
353
354     <note><title>Example</title>
355     <highlight language="config">
356
357 ThreadsPerChild = 10
358 ServerLimit = 4
359 AsyncRequestWorkerFactor = 2
360 MaxRequestWorkers = 40
361
362 idle_workers = 4 (average for all the processes to keep it simple)
363
364 max_connections = (ThreadsPerChild + (AsyncRequestWorkerFactor * idle_workers)) * ServerLimit
365                 = (10 + (2 * 4)) * 4 = 72
366
367     </highlight>
368     </note>
369
370     <p>When all the worker threads are idle, then absolute maximum numbers of concurrent
371         connections can be calculared in a simpler way:</p>
372
373     <p class="indent"><strong>
374         (<directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> + 1) *
375         <directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive>
376     </strong></p>
377
378
379     <note><title>Example</title>
380     <highlight language="config">
381
382 ThreadsPerChild = 10
383 ServerLimit = 4
384 MaxRequestWorkers = 40
385 AsyncRequestWorkerFactor = 2
386
387     </highlight>
388
389     <p>If all the processes have all threads idle then: </p>
390
391     <highlight language="config">idle_workers = 10</highlight>
392
393     <p>We can calculate the absolute maximum numbers of concurrent connections in two ways:</p>
394
395     <highlight language="config">
396
397 max_connections = (ThreadsPerChild + (AsyncRequestWorkerFactor * idle_workers)) * ServerLimit
398                 = (10 + (2 * 10)) * 4 = 120
399
400 max_connections = (AsyncRequestWorkerFactor + 1) * MaxRequestWorkers
401                 = (2 + 1) * 40 = 120
402
403     </highlight>
404     </note>
405
406     <p>Tuning <directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> requires knowledge about the traffic handled by httpd in each specific use case, so changing the default value requires extensive testing and data gathering from <module>mod_status</module>.</p>
407
408     <p><directive module="mpm_common">MaxRequestWorkers</directive> was called
409     <directive>MaxClients</directive> prior to version 2.3.13. The above value
410     shows that the old name did not accurately describe its meaning for the event MPM.</p>
411
412     <p><directive>AsyncRequestWorkerFactor</directive> can take non-integer
413     arguments, e.g "1.5".</p>
414
415 </usage>
416
417 </directivesynopsis>
418
419 </modulesynopsis>