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quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Desenvolvendo aplicações Web escaláveis com
       PHP




                                       Elton Luís Minetto


quarta-feira, 23 de setembro de 2009
quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Quem?

        Graduado e pós-graduado em Ciência da Computação.
         Cursando MBA em Gerenciamento de Projetos
        Trabalha com PHP desde 2000
        Autor dos livros Frameworks para Desenvolvimento
         em PHP e Grid Computing in Research and Education
        Coordenador do PHPSC e membro do PHPBC
        Gerente de Desenvolvimento do Drimio e professor
         na Unochapecó(Chapecó)




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Terminologia

        Performance: a habilidade que uma aplicação tem de
         atingir um objetivo, como por exemplo responder no
         menor tempo possível
        Capacidade: a carga total que uma aplicação pode
         suportar
        Escalabilidade: a habilidade de uma aplicação manter
         a performance quando a carga de trabalho aumenta.
         É a junção da capacidade e da performance




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Ou…




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Ou...

        Performance: a velocidade do carro
        Capacidade: o limite de velocidade e o número de
         pistas da estrada
        Escalabilidade: quantos carros e pistas eu posso
         adicionar sem diminuir a velocidade do tráfego
               “Performance is a problem. Scaling your performance is a
                bigger problem”




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Camadas




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Web Servers

        Apache: Prefork X Worker
        Prefork
                 Usa fork(). Cada processo filho trata uma conexão
                 Grande uso de memória
                 Rápido
                 Bom para até duas CPUs
        Worker
                 Apache 2.0 e superior
                 Múltiplas threads dentro de cada filho (poucos filhos)
                 Diminui o uso de memória
                 Mais escalável
                 Melhor com múltiplos processadores
                 Não funciona com PHP!


quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Web Servers

        “Usar servidores dedicados para conteúdo
         estático“ (Flickr)
        Apache pode ser substituído por outro mais leve:
         lighttpd, tux, thttpd
        Usar domínios diferentes para conteúdo estático e
         dinâmico. Exemplo:
               http://www.drimio.com (Servidor Apache)
               http://static.drimio.com (Servidor lighttpd)
               Usa a possibilidade dos navegadores acessarem múltiplos
                domínios ao mesmo tempo. Não sobrecarrega o servidor de
                conteúdo dinâmico




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Dica

        Apache + Lighttpd = Cura do Câncer! (by @guhelski)
        No apache:
           ProxyRequests Off
                ProxyPreserveHost On
                ProxyPass /public http://0.0.0.0:8080/
                ProxyPassReverse / http://0.0.0.0:8080/

        Todas as requisições para arquivos estáticos (/public)
         são repassados automaticamente para o lighttpd




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
MySQL

        “Nenhum dos problemas de escalabilidade que
         enfrentaram era relacionado com PHP. Os maiores
         problemas encontrados eram relacionados com base
         de dados” (Digg)
        “Sharding é usado para quebrar a base de dados em
         várias porções menores” (Digg)
        “Fazer o tunning do MySQL durante a escolha da
         engine de armazenamento das tabelas. Usar InnoDB
         quando precisa de transações e MyISAM quando não
         precisa” (Digg)
        “Desnormalização ou cacheamento são as únicas
         formas de gerar uma tag cloud em milissegundos para
         milhões de tags” (Flickr)

quarta-feira, 23 de setembro de 2009
MySQL

        Usar replicação Master-Slave.
        Dividir a carga entre servidores. As requisições de
         modificação (INSERT, UPDATE,DELETE) podem ser
         enviadas para o Master. Os dados são replicados para
         os Slaves. As requisições de leitura (SELECT) são
         enviadas direto para os Slave
        Usar o tipo correto de dados na tabela:
               INT x SMALLINT x TINYINT
               CHAR x VARCHAR




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
MySQL

        Master-Slave tem o problema do tempo de
         sincronização. Resposta: sharding.
               “Uma base de dados pode ser sharded por tabelas, dados ou
                faixas (ranges). É similar ao particionamento, mas possui
                algumas diferenças. Sharding envolve separar os dados em
                máquinas fisicamente distintas, enquanto que
                particionamento geralmente ocorre em mesmo hardware.
                MySQL não suporta nativamente sharding, mas sim tabelas
                particionadas, tabelas federadas (federated) e clusters.”




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
quarta-feira, 23 de setembro de 2009
PHP

        Usar “boas práticas de programação”
                 echo é mais rápido que print
                 require_once() é lento
                 etc,etc
                 http://reinholdweber.com/?p=3
                 http://www.devolio.com/blog/archives/314-Practical-and-
                  impractical-PHP-Optimizations.html




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
PHP

        PHP tem um compilador JIT que gera um código
         intermedário chamado opcode que é então
         interpretado. Por default essa compilação ocorre em
         todas as execuções do script. Para otimização e
         caching desse opcode, existem algumas soluções:
               Pacote APC do PECL
               XCache
               Zend Platform ($$$)




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Cache

        Memcached: é um sistema de cache de objetos em
         memória distribuída de alta performance.Ele foi
         desenvolvido de maneira que se consiga armazenar
         qualquer tipo de informação mas é largamente usado
         em aplicações web para armazenar conteúdos como
         resultados de queries SQL, sessões de usuários,
         arquivos CSS, etc.
        É possível criar “memcached farms”, aumentando a
         escalabilidade




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Memcached com PHP

       <?php
       $memcache = new Memcache;
       $memcache->connect('localhost', 11211);
       $memcache->connect('localhost', 11212);
       $memcache->connect(’192.168.0.10', 11212);
       $conteudo = $memcache->get('estados');
       if($conteudo === false) {
       	 $uf = array('SC','RS','SP');
       	 $memcache->set('estados', $uf, false, 100) ;
       	 $conteudo = $uf;
       }
       var_dump($conteudo);
       ?>




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Memcached - Dicas

        Existem 3 extensões para conectar o PHP com o
         Memcached:
               http://pecl.php.net/package/memcache (estável)
               http://pecl.php.net/package/memcached (estável com mais
                opções e mais rápido)
               http://www.modron.net/~dina/ezmemcache/ (novo mas com
                bom suporte a UDP)


        No Drimio usamos: (ainda em testes. Não faça isso em
         casa!)
               memcached via TCP para salvar os ítens
               ezmemcache via UDP para fazer a leitura. Mais rápido para
                muitas conexões simultâneas



quarta-feira, 23 de setembro de 2009
80-90% of the end-user response time is spent on
       the frontend.




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Javascript

        “Algumas pessoas reclamam que o Digg é lento. Mas
         isso é mais devido ao uso de grandes bibliotecas
         javascript e não da arquitetura de backend (Digg)”
        JavaScript pode ser comprimido
               http://developer.yahoo.com/yui/compressor/
               Usar compressão no Apache.




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Bibliotecas Javascript




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Bibliotecas Javascript




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Imagens

        Editores de imagens possuem grandes ferramentas
         para otimizar o tamanho do arquivo sem perder
         qualidade visual. Mesmo assim elas adicionam
         informações extra no documento, como nome da
         ferramenta, data de criação, etc.
        O site Smushit.com permite fazer upload de uma
         imagem ou indicar uma URL com a imagem a ser
         otimizada. Lançado em 10/2008 por pesquisadores
         do Yahoo! Exceptional Performance Team.




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas - Drimio

        Gráfico de CPU de um dos servidores




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas - Drimio

        Gráfico de CPU de um dos servidores




                                       Alerta




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas - Drimio

        Gráfico de CPU de um dos servidores



                                                Pânico

                                       Alerta




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Métricas - Drimio

        Gráfico de CPU de um dos servidores



                                                Pânico

                                       Alerta
                                                         Cool!




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Ferramentas

           Apache ab,Siege, JMeter (aplicação)
           Ganglia,Nagios, MRTG, SNMP (S.O. e serviços)
           Firebug e YSlow (javascript, aplicação)
           Xdebug (profiling do PHP)
           Outras...




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Arquitetura

           Load Balancers
           Cache servers
           Bancos de dados Master/Slave, Sharding
           Scale-Out Wins Over Scale-
            Up  (escalar horizontalmente adicionando mais máqui
            nas é melhor do que verticalmente adicionando
            mais memória/CPU) 




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Arquitetura

        Sobre o Youtube:
              “Eles seguiram uma evolução comum:
               servidor único, único master e múltiplos
               slaves para leitura e depois particionaram a
               base de dados.”




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Arquitetura




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Arquitetura – Observações

        Como agora um cliente pode ser atendido por
         diversos servidores Web durante o uso, as sessões
         dos usuários devem ser salvas no banco de dados ou
         nos servidores de cache (Memcached)
        O MySQL Master é um SPOF( Single Point of Failure) –
         adicionar mais Masters em um esquema de replicação
         Master/Master. Ou usar sharding
        Diversos servidores de cache podem ser adicionados




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Lições Aprendidas

        Dividir a carga
        Usar servidores dedicados para conteúdo estático
        Ao invés de comprar máquinas grandes e
         centralizadas, é melhor comprar um monte de
         pequenas e baratas.
        Base de dados é um gargalo. Atacar e corrigir
         consultas lentas
        Coletar várias estatísticas de performance
        Usar InnoDB quando precisa de transações e MyISAM
         quando não precisa




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Lições Aprendidas

        Fazer medições realísticas. Capacity planning deve
         ser feito baseado em dados reais e não abstratos.
        Começar lentamente. Não comprar muito
         equipamento apenas porque está apavorado/feliz
         com o fato de que o seu site vai explodir.
        Descobrir o máximo de cada servidor para poder
         saber se está perto do limite




quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Receita para tratar crescimento rápido

       while (true)
       {
           identify_and_fix_bottlenecks();
           drink();
           sleep();
           notice_new_bottleneck();
       }



       Fonte: YouTube Team


quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Referências

        http://developer.yahoo.com/performance/
        http://highscalability.com/unorthodox-approach-
         database-design-coming-shard
        http://blog.feliperibeiro.com/2008/04/slides-da-
         palestra-php-para-desenvolvimento-de-aplicacoes-de-
         grande-porte.html
        http://www.xdebug.org
        http://devzone.zend.com/content/zendcon_07_slides/
         White_Eli_zendcon-2007-high-perf.pdf
        http://jst.pbwiki.com/
        http://www.slideshare.net/jallspaw/velocity2008-
         capacity-management1-484676


quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Contato

       <?php
       $card = array(
       	 ‘nome’ =>                     ‘Elton Luís Minetto’,
       	 ‘site’ => ‘http://www.eltonminetto.net’,
       	 ‘e-mail’ => ‘elton.minetto@drimio.com’,
       	 ‘fone’ => ‘(47) 9189 6359’,
            ‘twitter’ => ‘eminetto’,
       );
       var_dump($card);
       ?>


quarta-feira, 23 de setembro de 2009
Perguntas?




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Desenvolvendo aplicações Web escaláveis com PHP

  • 1. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 2. Desenvolvendo aplicações Web escaláveis com PHP Elton Luís Minetto quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 3. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 4. Quem?  Graduado e pós-graduado em Ciência da Computação. Cursando MBA em Gerenciamento de Projetos  Trabalha com PHP desde 2000  Autor dos livros Frameworks para Desenvolvimento em PHP e Grid Computing in Research and Education  Coordenador do PHPSC e membro do PHPBC  Gerente de Desenvolvimento do Drimio e professor na Unochapecó(Chapecó) quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 5. Terminologia  Performance: a habilidade que uma aplicação tem de atingir um objetivo, como por exemplo responder no menor tempo possível  Capacidade: a carga total que uma aplicação pode suportar  Escalabilidade: a habilidade de uma aplicação manter a performance quando a carga de trabalho aumenta. É a junção da capacidade e da performance quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 6. Ou… quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 7. Ou...  Performance: a velocidade do carro  Capacidade: o limite de velocidade e o número de pistas da estrada  Escalabilidade: quantos carros e pistas eu posso adicionar sem diminuir a velocidade do tráfego  “Performance is a problem. Scaling your performance is a bigger problem” quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 8. Camadas quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 9. Web Servers  Apache: Prefork X Worker  Prefork  Usa fork(). Cada processo filho trata uma conexão  Grande uso de memória  Rápido  Bom para até duas CPUs  Worker  Apache 2.0 e superior  Múltiplas threads dentro de cada filho (poucos filhos)  Diminui o uso de memória  Mais escalável  Melhor com múltiplos processadores  Não funciona com PHP! quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 10. Web Servers  “Usar servidores dedicados para conteúdo estático“ (Flickr)  Apache pode ser substituído por outro mais leve: lighttpd, tux, thttpd  Usar domínios diferentes para conteúdo estático e dinâmico. Exemplo:  http://www.drimio.com (Servidor Apache)  http://static.drimio.com (Servidor lighttpd)  Usa a possibilidade dos navegadores acessarem múltiplos domínios ao mesmo tempo. Não sobrecarrega o servidor de conteúdo dinâmico quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 11. Dica  Apache + Lighttpd = Cura do Câncer! (by @guhelski)  No apache: ProxyRequests Off ProxyPreserveHost On ProxyPass /public http://0.0.0.0:8080/ ProxyPassReverse / http://0.0.0.0:8080/  Todas as requisições para arquivos estáticos (/public) são repassados automaticamente para o lighttpd quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 12. MySQL  “Nenhum dos problemas de escalabilidade que enfrentaram era relacionado com PHP. Os maiores problemas encontrados eram relacionados com base de dados” (Digg)  “Sharding é usado para quebrar a base de dados em várias porções menores” (Digg)  “Fazer o tunning do MySQL durante a escolha da engine de armazenamento das tabelas. Usar InnoDB quando precisa de transações e MyISAM quando não precisa” (Digg)  “Desnormalização ou cacheamento são as únicas formas de gerar uma tag cloud em milissegundos para milhões de tags” (Flickr) quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 13. MySQL  Usar replicação Master-Slave.  Dividir a carga entre servidores. As requisições de modificação (INSERT, UPDATE,DELETE) podem ser enviadas para o Master. Os dados são replicados para os Slaves. As requisições de leitura (SELECT) são enviadas direto para os Slave  Usar o tipo correto de dados na tabela:  INT x SMALLINT x TINYINT  CHAR x VARCHAR quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 14. MySQL  Master-Slave tem o problema do tempo de sincronização. Resposta: sharding.  “Uma base de dados pode ser sharded por tabelas, dados ou faixas (ranges). É similar ao particionamento, mas possui algumas diferenças. Sharding envolve separar os dados em máquinas fisicamente distintas, enquanto que particionamento geralmente ocorre em mesmo hardware. MySQL não suporta nativamente sharding, mas sim tabelas particionadas, tabelas federadas (federated) e clusters.” quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 15. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 16. PHP  Usar “boas práticas de programação”  echo é mais rápido que print  require_once() é lento  etc,etc  http://reinholdweber.com/?p=3  http://www.devolio.com/blog/archives/314-Practical-and- impractical-PHP-Optimizations.html quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 17. PHP  PHP tem um compilador JIT que gera um código intermedário chamado opcode que é então interpretado. Por default essa compilação ocorre em todas as execuções do script. Para otimização e caching desse opcode, existem algumas soluções:  Pacote APC do PECL  XCache  Zend Platform ($$$) quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 18. Cache  Memcached: é um sistema de cache de objetos em memória distribuída de alta performance.Ele foi desenvolvido de maneira que se consiga armazenar qualquer tipo de informação mas é largamente usado em aplicações web para armazenar conteúdos como resultados de queries SQL, sessões de usuários, arquivos CSS, etc.  É possível criar “memcached farms”, aumentando a escalabilidade quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 19. Memcached com PHP <?php $memcache = new Memcache; $memcache->connect('localhost', 11211); $memcache->connect('localhost', 11212); $memcache->connect(’192.168.0.10', 11212); $conteudo = $memcache->get('estados'); if($conteudo === false) { $uf = array('SC','RS','SP'); $memcache->set('estados', $uf, false, 100) ; $conteudo = $uf; } var_dump($conteudo); ?> quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 20. Memcached - Dicas  Existem 3 extensões para conectar o PHP com o Memcached:  http://pecl.php.net/package/memcache (estável)  http://pecl.php.net/package/memcached (estável com mais opções e mais rápido)  http://www.modron.net/~dina/ezmemcache/ (novo mas com bom suporte a UDP)  No Drimio usamos: (ainda em testes. Não faça isso em casa!)  memcached via TCP para salvar os ítens  ezmemcache via UDP para fazer a leitura. Mais rápido para muitas conexões simultâneas quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 21. 80-90% of the end-user response time is spent on the frontend. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 22. Javascript  “Algumas pessoas reclamam que o Digg é lento. Mas isso é mais devido ao uso de grandes bibliotecas javascript e não da arquitetura de backend (Digg)”  JavaScript pode ser comprimido  http://developer.yahoo.com/yui/compressor/  Usar compressão no Apache. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 25. Imagens  Editores de imagens possuem grandes ferramentas para otimizar o tamanho do arquivo sem perder qualidade visual. Mesmo assim elas adicionam informações extra no documento, como nome da ferramenta, data de criação, etc.  O site Smushit.com permite fazer upload de uma imagem ou indicar uma URL com a imagem a ser otimizada. Lançado em 10/2008 por pesquisadores do Yahoo! Exceptional Performance Team. quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 26. Métricas quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 27. Métricas quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 28. Métricas quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 29. Métricas - Drimio  Gráfico de CPU de um dos servidores quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 30. Métricas - Drimio  Gráfico de CPU de um dos servidores Alerta quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 31. Métricas - Drimio  Gráfico de CPU de um dos servidores Pânico Alerta quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 32. Métricas - Drimio  Gráfico de CPU de um dos servidores Pânico Alerta Cool! quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 33. Ferramentas  Apache ab,Siege, JMeter (aplicação)  Ganglia,Nagios, MRTG, SNMP (S.O. e serviços)  Firebug e YSlow (javascript, aplicação)  Xdebug (profiling do PHP)  Outras... quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 34. Arquitetura  Load Balancers  Cache servers  Bancos de dados Master/Slave, Sharding  Scale-Out Wins Over Scale- Up  (escalar horizontalmente adicionando mais máqui nas é melhor do que verticalmente adicionando mais memória/CPU)  quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 35. Arquitetura  Sobre o Youtube: “Eles seguiram uma evolução comum: servidor único, único master e múltiplos slaves para leitura e depois particionaram a base de dados.” quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 37. Arquitetura – Observações  Como agora um cliente pode ser atendido por diversos servidores Web durante o uso, as sessões dos usuários devem ser salvas no banco de dados ou nos servidores de cache (Memcached)  O MySQL Master é um SPOF( Single Point of Failure) – adicionar mais Masters em um esquema de replicação Master/Master. Ou usar sharding  Diversos servidores de cache podem ser adicionados quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 38. Lições Aprendidas  Dividir a carga  Usar servidores dedicados para conteúdo estático  Ao invés de comprar máquinas grandes e centralizadas, é melhor comprar um monte de pequenas e baratas.  Base de dados é um gargalo. Atacar e corrigir consultas lentas  Coletar várias estatísticas de performance  Usar InnoDB quando precisa de transações e MyISAM quando não precisa quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 39. Lições Aprendidas  Fazer medições realísticas. Capacity planning deve ser feito baseado em dados reais e não abstratos.  Começar lentamente. Não comprar muito equipamento apenas porque está apavorado/feliz com o fato de que o seu site vai explodir.  Descobrir o máximo de cada servidor para poder saber se está perto do limite quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 40. Receita para tratar crescimento rápido while (true) { identify_and_fix_bottlenecks(); drink(); sleep(); notice_new_bottleneck(); } Fonte: YouTube Team quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 41. Referências  http://developer.yahoo.com/performance/  http://highscalability.com/unorthodox-approach- database-design-coming-shard  http://blog.feliperibeiro.com/2008/04/slides-da- palestra-php-para-desenvolvimento-de-aplicacoes-de- grande-porte.html  http://www.xdebug.org  http://devzone.zend.com/content/zendcon_07_slides/ White_Eli_zendcon-2007-high-perf.pdf  http://jst.pbwiki.com/  http://www.slideshare.net/jallspaw/velocity2008- capacity-management1-484676 quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 42. Contato <?php $card = array( ‘nome’ => ‘Elton Luís Minetto’, ‘site’ => ‘http://www.eltonminetto.net’, ‘e-mail’ => ‘elton.minetto@drimio.com’, ‘fone’ => ‘(47) 9189 6359’, ‘twitter’ => ‘eminetto’, ); var_dump($card); ?> quarta-feira, 23 de setembro de 2009
  • 43. Perguntas? quarta-feira, 23 de setembro de 2009