Moodle教学服务器的构建与优化

关键词：LNMP；Moodle；服务器；PHP；高并发；抗拥塞

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）02-0069-03

Moodle是基于PHP语言开发的免费开放学习管理系统（LMS），由于采用了组件化管理，教学手段灵活，功能齐全，所以被国内外教育机构普遍使用。LNMP是当今比较流行的免费开源Web服务框架，该架构涉及技术范围广，安装和配置相对复杂。如果沿用传统的配置方式，不能最大程度发挥Moodle教学服务器的性能，而且系统在安全性和高效性方面也得不到保证。服务器在高并发情况下网页很容易卡死，甚至会导致数据库崩溃，所以对LNMP架构进行优化是亟待解决的问题[1]。

1 LNMP 架构介绍

LNMP架构由Linux 内核服务器、Nginx 服务器、Mysql数据库系统、PHP脚本服务器组合而成。Nginx 是高性能轻量级反向代理服务器，Mysql是一款安全、跨平台、高效的数据库系统，PHP脚本服务器用于编译和执行PHP脚本。LNMP架构数据请求与返回如图1所示[2]。

从图1可以看出，数据总是从客户端浏览器经过Nginx服务器、php-fpm服务器、MySQL数据库后，又按原路返回，形成闭环回路，为了提高Moodle教学服务器的性能，需要对LNMP 架构的各个环节进行优化处理。

2 Moodle 教学平台介绍

Moodle是由澳大利亚教师Martin发起的开放学习管理系统（LMS）[3] 。该学习管理系统采用模块化组件设计，目前系统组件种类高达1967个，提供全方位教学手段。教师可以使用这些组件完成不同的教学方案，可以实现不同的教育教学模式。这些组件安装方便，操作简单，与原有的系统共存使用。目前世界上多个国家近千所高校和教科研机构都采用Moodle 作为网络在线教学平台[4]。

3 服务器处理速度优化

通过开启Opcache 和TMPFS，优化Mysql 数据库的InnoDB，优化PHP进程，开启gzip传输、开启Cron.php定时运行，可以大幅度提高Moodle教学服务器的处理速度。

3.1 开启Opcache

PHP作为一种解释性语言，每次运行都会将代码进行加载解析，运行结束后再释放，下次运行又要重新加载解析再释放。这种方式显然不适合高并发运行的Moodle教学服务器。

为了避免这样的问题出现，PHP开发了Opcache 组件，系统启用Opcache后，在解析过程中可以将一些相同并且重复的中间件保存在Opcache缓存中，下次加载时无须再编译，加快了代码的执行效率，降低了CPU的消耗，减少了PHP网页的响应时间。

3.2 开启TMPFS

服务器的内存储器访问速度比磁盘的访问速度要快得多，如果将Moodle网站的程序文件和数据库直接放置在内存储器中，Moodle站点的处理速度就会大幅度提高。将磁盘文件存储在内存储器中的方法是启用TMPFS缓存系统。TMPFS的特点是暂时存储、高速读写和动态收缩。TMPFS默认的初始化存储空间为物理内存的一半，这部分存储空间不会被独占，仅在挂载存储文件后才会占用。挂载命令：mount-tTMPFS -o size＝65536M，mode＝0755 tmpfs /var/www/cache。

3.3 多进程处理

为了充分发挥CPU的多核特征，可以将Nginx和php-fpm设置为多进程模式，提高处理效率。Nginx通过反向代理功能将用户浏览器的PHP动态请求分配给空闲的Nginx工作进程。Nginx并不参与PHP的请求编译和运行工作，而是交由php-fpm 管理进程处理。php-fpm将具体的任务分配给空闲的Fast-CGI协议[5]，由Fast-CGI协议负责编译和运行，并与后台数据库实现数据交互，最后将结果以超文本形式返回给用户浏览器。

Nginx 通过配置worker_ processes 的值开启多进程工作模式。这个数值必须与CPU的内核数相匹配，如果设置不恰当会使服务器假死。

php-fpm 进程管理有三种模式，分别为onde⁃mand、dynamic和static。配置文件地址为/etc/php/7.2/php-fpm.conf。

如果将配置文件中pm参数设置为Ondemand（按需模式），在php-fpm开始启动时，不会创建任何进程，当有连接请求时才会创建。进程数量取决于pm.max_children设定值，如果空闲进程时间超过pm.pro⁃cess_idle_timeout设定的值，进程将关闭，一般默认设置为10ms。

如果将配置文件中pm参数设置为Dynamic（动态模式），在php-fpm 启动时，初始启动的个数为pm.start_servers 设定值，在运行过程中动态调整进程数量，进程数量最大取决于pm.max_children设定值。

如果将配置文件中的pm参数设置为Static （静态模式），php-fpm开始启动后始终保持pm.max_children 设定值，在运行期间也不会扩容。

Moodle 教学服务器采用static 静态模式。一般php-fpm进程占用最大内存空间为30M，在静态模式下pm.max_children的值可设置为物理内存Mem/30M，但考虑到操作系统、Nginx、MySQL都需要占用内存，所以php-fpm进程数可以设为物理内存Mem/30M/2。

3.4 存储引擎InnoDB

InnoDB作为MySQL数据库的默认存储引擎被广泛应用。MySQL数据库接收SQL请求后，通过InnoDB存储引擎与磁盘存储文件进行交互。在LNMP架构中，和数据库有关的用户请求都要通过InnoDB存储引擎，因此，优化InnoDB 存储引擎的性能决定了LNMP架构的性能。InnoDB存储引擎参数设置文件为/etc/mysql/my.cnf，设置参数如表1所示。

在InnoDB存储引擎中，通常情况下将日志文件组设置为3，为了避免日志覆盖导致缓冲池的不必要刷新，每个日志文件的大小最好设置为InnoDB缓冲池的25%。为了防止线程设置过高产生抖动，一般将线程并发数设置为16。读线程和写线程是InnoDB存储引擎用来同步操作系统中的读写操作，一般设定参数值为8。控制Innodb事务日志写入的参数值设置为2，确保日志及时写入磁盘并刷新，这样设置不仅可以使InnoDB存储引擎的日志存盘时间变小，而且保证了数据的安全。

3.5 Cron.php 计划任务定时运行

在Moodle教学服务器中，Cron.php主要用于计划执行课程备份、邮件收发、临时文件清理、课程整理、删除不需要的检测事件等，设置为每隔5分钟执行一次效果最佳。

通过命令sudo apt-get install cron安装Cron，然后用命令crontab -e 打开活动列表，将下面的命令添加到Cron活动列表中，实现每5分钟执行一次cron.php 程序文件，password的值通过Moodle管理后台获取。

*/5 **** wget –q –o /dev/null

https：//ke.qingbosoft.cn/admin/data/cron.php？pass⁃word=”*****”

4 抗拥塞处理

当服务器遇到高并发请求时，会使服务器响应速度变慢，数据库崩溃，甚至服务器宕机等事故发生，所以需要对服务器进行抗拥塞处理。出现拥塞的原因主要有两个方面，一方面MySQL数据库采用默认的单线程处理模式，另一方面PHP进程数开启过大，使数据库同步连接数变大。抗拥塞处理的方法是对MySQL 数据库启用线程池，并配置合理的PHP 进程数。

4.1 Thread Pool 线程池优化

PHP 与MySQL 建立连接后，PHP 通过MySQL 的线程机制来处理请求。MySQL默认的线程调度方式为One-Connection-Per-Thread单线程模式，当使用单线程处理每个客户的连接请求时，对于每一个数据库连接，MySQL 都要创建独立的线程服务，请求结束后再销毁掉，当数据库遇到高并发时，线程频繁创建和销毁，服务器的性能会大幅度降低。

为了解决这个问题，Oracle 公司推出了线程池（Thread Pool Plugin）方案。线程池通过缓存并重用方式，将连接分配给不同的组队列，对用户的SQL 请求进行排队处理，减少上下文切换次数，通过队列机制缩短了处理请求的时间。同时，线程的重用降低了频繁的连接请求次数，即使在访问高峰期，数据库仍然能保持高吞吐量，有效解决拥塞问题。Thread Pool线程池的参数配置文件为/etc/mysql/my.cnf，配置参数如表2所示。

4.2 PHP 进程数配置

在Moodle教学服务器中，用户请求通过Nginx发送到php-fpm，然后以队列的形式发送给多个Fast-CGI 进行处理，每个Fast-CGI 与MySQL 建立连接，MySQL数据库通过Thread Pool线程池处理Fast-CGI 的SQL请求。

当Nginx的pm参数设置为Dynamic动态模式时，如果有1024 个用户同时访问Moodle 应用服务器，MySQL数据库就需要创建1024个链接与php-fpm所创建的1024个Fast-CGI相连，并同时处理1024个工作线程，这样会造成Mysql数据库阻塞，使服务器无法高效运行。

为了提高服务器的运行效率，需要固定PHP的进程数目。所以将Nginx的pm参数设置为Static静态模式。pm.max_children进程值可以根据MySQL数据库的最大允许连接数来推算。如果MySQL数据库的每个连接所占内存容量最大为36.8MB，而分配给数据库的总内存为36G， 则MySQL数据库的最大连接数可以设置为1000，php-fpm中pm.max_children进程数可以设置为1000。但一般情况下Fast-CGI进程占用内存最大值为30MB，而且还要考虑到服务器其他应用的开销，所以pm.max_children进程数的值一般设置为64 就够用了[6]。

5 服务器性能测试

5.1 性能测试

使用Google浏览器自带的Network工具对Moodle 应用服务器进行整体性能测试，测试服务器Request 和Response的请求响应耗时。

发现优化前加载https：//ke.qingbosoft.cn/course 课程页面，PHP访问MySQL数据库需要耗时350ms左右，而通过系统优化处理后，Moodle课程页面加载耗时总体稳定在146ms左右，处理速度提高了2.6倍，服务器性能得到了很大程度的提升[7]。

5.2 抗拥塞检测

通过使用Sysbench压力测试工具对MySQL数据库进行只读压力测试。分别设置MySQL数据库为单线程（One-Connection-Per-Thread）模式和线程池（Thread Pool）模式，对两种模式进行高并发条件下TPS数据吞吐量测试，测试结果如图2所示。

检测结果表明，伴随着并发数目的不断增大，单线程模式下TPS数据吞吐量急速下降，当并发数达到5000时，单线程TPS数据吞吐量几乎为0，而线程池模式的TPS 数据吞吐量始终稳定在6500～7100左右。所以使用线程池模式，可以很好地解决数据库在高峰访问时的拥塞问题，有效提高了Moodle教学服务器的访问速度[8]。

6 结束语

本文详细论述了基于LNMP架构的Moodle教学服务器的构建与优化，对服务器的LNMP架构进行深度优化，目前应用在Moodle在线教学平台（网址https：//ke.qingbosoft.cn）上，服务器性能稳定可靠，起到了很好的教学应用效果。

文中提出的构建及优化方案对搭建基于Linux内核操作系统的网站服务器具有很好的参考价值。随着科技不断进步，受新冠肺炎疫情影响，更多的教育机构都在开发和搭建自己的在线教学系统，人们对基于LNMP架构的应用服务器进行不断地探索与研究，必将使其能更加安全、快速、高效地提供服务。