PDF de programación - El servidor Web. Arquitectura y funcionamiento

El servidor Web. Arquitectura y funcionamiento


ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

¿Qué es un servidor?
¿Y un servidor Web?

Arquitectura
Tipos de servidores Web





Servidores basados en procesos
Servidores basados en hilos
Servidores basados en sockets no bloqueantes
Servidores implementados en el kernel

FUNCIONAMIENTO DE UN SERVIDOR WEB






REFERENCIAS


INTRODUCCIÓN

¿Qué es un servidor?

Un servidor es un tipo de software que suministra servicios a los usuarios o terminales
que lo solicitan. Por ejemplo, en una típica arquitectura cliente-servidor, el cliente
podría ser un ordenador que realiza peticiones de información a través de un programa
de correo (Outlook Express por ejemplo) y, el servidor le entrega los datos en forma de
correos electrónicos en respuesta a su solicitud.
Hay que destacar el hecho de que la palabra servidor identifica tanto al programa como
a la máquina en la que dicho programa se ejecuta. Existe, por tanto, cierta ambigüedad
en el término.

¿Y un servidor Web?

Un servidor Web es un programa que sirve datos en forma de páginas Web, hipertextos
o páginas HTML (HyperText Markup Language): textos complejos con enlaces,
figuras, formularios, botones y objetos incrustados como animaciones o reproductores
de sonidos.
La comunicación de estos datos entre cliente y servidor se hace por medio un
protocolo*, concretamente del protocolo HTTP.
Con esto, un servidor Web se mantiene a la espera de peticiones HTTP, que son
ejecutadas por un cliente HTTP; lo que solemos conocer como un navegador Web.
A modo de ejemplo: al teclear http://www.cnice.mec.es en un navegador, éste realizará
una petición HTTP al servidor que tiene asociada dicha URL**. El servidor responde al
cliente enviando el código HTML de la página; el navegador cuando recibe el código, lo
interpreta y lo muestra en pantalla.

El cliente es el encargado de interpretar el código HTML, es decir, de mostrar las
fuentes, los colores y la disposición de los textos y objetos de la página. El servidor se
encarga de transferir el código de la página sin llevar a cabo ninguna interpretación de
la misma.

*Protocolo: conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre entidades dentro de
una red. Es el lenguaje común “que utilizan” los ordenadores para “hablar” y entenderse entre sí.
Existen muchos tipos de protocolos cada uno con sus reglas bien definidas, como por ejemplo:
FTP, POP3, SMTP, ICMP, etc.

Protocolo HTTP: una de las características del protocolo HTTP es que no es permanente, es
decir, cada operación HTTP implica una conexión con el servidor, que es liberada al término de
la misma. Por ejemplo, un documento HTML con 10 imágenes son necesarias 11 conexiones
distintas (10 imágenes más la página HTML en sí).
Además, carece de estado. Cada petición de un cliente a un servidor no es influida por las
transacciones anteriores. El servidor trata cada petición como una operación totalmente
independiente del resto.
A partir de la versión 1.1 del protocolo HTTP, se pueden habilitar conexiones persistentes
(permiten enviar más objetos con un menor número de conexiones).

** Realmente la petición de una página Web se realiza en dos pasos:
Primero, el navegador solicita como cliente DNS la traducción de una URL (por ejemplo
http://www.mec.es) a una IP y segundo, una vez que ha recibido la traducción del servidor DNS,
se realiza la petición HTTP al servidor que tenga la IP concreta.
Fijémonos que si ponemos la IP en vez de la dirección en el navegador, también funciona.





FUNCIONAMIENTO DE UN SERVIDOR WEB


Figura 1





La figura superior muestra la interacción entre un servidor Web y el resto del entorno.
El servidor es el responsable de proporcionar el acceso a los recursos solicitados que
están bajo el control del sistema operativo.
Estos recursos pueden ser:

o Estáticos, como páginas HTML o texto y,
o Dinámicos, como por ejemplo CGI's. Estos programas son ejecutados por el

servidor. Digamos que es la parte inteligente del servidor.



CGI: Common Gateway Interface o Pasarela de Interface Común. Es un protocolo de
comunicación entre un servidor Web y una aplicación externa para ofrecer contenido dinámico a
las páginas Web. Un ejemplo muy sencillo sería un típico formulario HTML que enviamos con
una serie de datos. El formulario lleva incluido un campo llamado action, que describe la ruta a
un programa en el sistema. Al pulsar el botón de “envío de datos”, el servidor utilizando el
protocolo CGI, arranca dicho programa y le pasa los datos que han llegado con el formulario.
Finalmente el programa termina enviando al servidor (a través de la interface CGI) los datos
solicitados, que a su vez el mismo servidor envía estos datos al cliente en forma de página
HTML, en la que se informa de las tareas realizadas.




Arquitectura

Figura 2




Vemos en el gráfico superior una arquitectura habitual de un servidor Web, dividido en
dos capas:

o Capa servidor. Esta capa contiene cinco subsistemas, que son los responsables

de implementar la funcionalidad de un servidor Web. Subsistemas:



Subsistema de recepción: representa la primera “línea de ataque” y su labor
consiste en esperar las peticiones HTTP de los clientes que llegan por la red.
También, analiza las peticiones y determina las capacidades de los navegadores
(tipo de navegador, compatibilidad, etc.). Este subsistema contiene la lógica
necesaria para manejar múltiples peticiones.
Analizador de peticiones: encargado de traducir la localización del recurso de la
red al nombre del archivo local. Por ejemplo, la solicitud del recurso

http://www.mec.es se traduce al fichero local /var/www/webfiles/index.html.
Control de acceso: sirve para autentificar y permitir el acceso.
Manejador de recursos: este subsistema es el responsable de determinar el tipo
de recurso solicitado; lo ejecuta y genera la respuesta.
Registro de transacción: se encarga de registrar todas las peticiones y su

resultado.


o Capa soporte. Esta capa actúa como una interface entre el sistema operativo y
el servidor Web y, entre los propios subsistemas de la capa superior.
Subsistemas:



Util: contiene funciones que son utilizadas por el resto de subsistemas.
Capa abstracta del Sistema Operativo (OSAL):este subsistema encapsula el
funcionamiento específico del sistema operativo para facilitar la portabilidad del
servidor Web a diferentes plataformas.


Tipos de servidores Web


Servidores basados en procesos


Este diseño es el predecesor de todos los demás. Se basa en la obtención de paralelismo
mediante la duplicación del proceso de ejecución.
Existen varios diseños basados en procesos. El más simple es en el que el proceso
principal espera la llegada de una nueva conexión y en ese momento, se duplica creando
una copia exacta que atenderá esta conexión. Sobre esta opción de diseño caben
optimizaciones importantes, como las que incluyó Apache con la técnica de pre-fork.
Técnica pre-fork. Consiste en la creación previa de un grupo de procesos y su
mantenimiento hasta que sea necesaria su utilización.
Las principales ventajas de este diseño residen en su simplicidad de implementación y
su seguridad.
La gran desventaja de este diseño es el bajo rendimiento. La creación o eliminación de
un proceso son tareas pesadas para el sistema operativo y consumen una gran cantidad
de tiempo.


Servidores basados en hilos (Threads)


Este tipo de diseño hoy en día es mucho más común que el basado en procesos. Los
conceptos básicos respecto al funcionamiento de un servidor basado en procesos son
aplicables también a este modelo.
Las principales diferencias de los dos modelos reside en el propio concepto de hilo*.
La ventaja es que la creación de un hilo no es tan costosa como la de un proceso. Varios
hilos de un mismo proceso pueden compartir datos entre ellos, ya que comparten el
mismo espacio de memoria.
El modelo de servidor basado en hilos hereda muchas de las características de los
servidores basados en procesos, entre ellas la de la simplicidad en su diseño e
implementación. Por otro lado, el compartir el espacio de memoria implica un riesgo de
seguridad que no tienen los servidores basado en procesos.

*Hilos y procesos.
Proceso: se puede definir como una ocurrencia o instancia de un programa en ejecución.
Además, un proceso es propietario de una serie de recursos como: un espacio de direcciones en
memoria, ficheros, hilos, etc..

Hilo: siguiendo con la definición anterior, un proceso totalmente aislado es un proceso inerte, es
decir, para que un proceso sea capaz de hacer algo, el proceso debe ser propietario de al menos
un hilo (thread). El hilo es el responsable de ejecutar el código contenido en el espacio de
direcciones del proceso. De hecho, un proceso puede contener varios hilos y todos ellos
ejecutando código "simultáneamente" en el espacio de direcciones del proceso y compartiendo
recursos comunes.
Al compartir todos los hilos de un proceso la misma zona de memoria, si un hilo toca una
variable, todos los demás hilos del mismo proceso verán el nuevo valor de la variable.
Si no hay hilos ejecutando código en el espacio de direcciones del proceso no hay ninguna razón
para que el proceso continúe existiendo y el sistema destruirá automáticamente el proceso y su
espacio en memoria.

Servidores basado en sockets no bloqueantes o dirigidos por eventos






Estos servidore