PHPエンジニアのためのWebサーバー基礎知識問題集
Webサーバーの仕組みやPHPの実行方式を理解することは、PHPエンジニアとしてパフォーマンスの高いWebアプリケーションを開発・運用する上で非常に重要です。この問題集を通して、WebサーバーとPHPに関する基礎知識を深め、実践的なスキルを身に着けましょう。
問題1: PHP実行方式の理解
PHPの実行方式には主に3つあります。それぞれを説明し、その利点と欠点を述べなさい。
Webサーバーの拡張モジュール:
PHPがWebサーバー（例: Apache）に直接組み込まれ、リクエストを処理する方式です。
利点: 高速で設定が簡単です。
欠点: セキュリティやスケーラビリティに課題があります。PHPのエラーがWebサーバー全体に影響を与える可能性があります。
CGI（FastCGI）:
各リクエストごとに新しいプロセスが生成され、PHPコードが実行されます。FastCGIはCGIの欠点を改善し、持続的なプロセスでリクエストを処理します。
利点: 柔軟性が高く、様々なWebサーバーで利用できます。
欠点: 設定が複雑で、リクエストごとにプロセスの生成と破棄が行われるため、オーバーヘッドが大きくなる可能性があります。
SAPI（LiteSpeed SAPI）:
LiteSpeed Webサーバーのための特別なインターフェースで、PHPを効率的に実行できます。
利点: 高性能でスケーラブルです。
欠点: LiteSpeed Webサーバーが必要であり、他のWebサーバーでは利用できません。
問題2: Webサーバーの役割
Webサーバーの役割を説明し、なぜWebサーバーがPHP実行に必要なのか述べなさい。
・Webサーバーは、クライアント（ブラウザ）からのHTTPリクエストを受け取り、HTMLファイルや画像などのWebコンテンツを返す役割を担います。
・PHPはサーバーサイドで実行されるスクリプト言語であり、WebサーバーはPHPコードを実行し、その結果をクライアントに返すために必要です。
・Webサーバーは、PHPの実行環境を提供し、PHPコードが安全かつ効率的に実行されるように管理します。
問題3: プロセスとスレッドの違い
プロセスとスレッドの違いを説明し、それぞれの利点と欠点について述べなさい。
プロセス: OSが管理する実行単位で、独立したメモリ空間を持ちます。
利点: 他のプロセスから独立しているため、安定性が高いです。
欠点: メモリ消費が大きく、プロセス間の通信にオーバーヘッドがあります。
スレッド: プロセス内の実行単位で、同じプロセス内のスレッド間でメモリ空間を共有します。
利点: 軽量で、スレッド間の通信が高速です。
欠点: 同じプロセス内のスレッドが互いに影響しやすく、デバッグが難しい場合があります。
問題4: 並列処理と並行処理
並列処理と並行処理の違いを説明し、例を挙げて説明しなさい。
並列処理: 複数のCPUコアやプロセッサを使用して、複数のタスクを同時に実行することです。
マルチコアCPUで動画のエンコードとWebブラウジングを同時に行う。
並行処理: 1つのCPUコアで、複数のタスクを高速に切り替えながら実行することです。
シングルコアCPUで音楽再生と文字入力処理を同時に行うように見える。
並列処理は、物理的に複数のタスクが同時に進行するため、処理能力が向上します。一方、並行処理は、タスクの切り替えによって同時進行しているように見せかけるため、処理能力の向上は限定的です。
問題5: コンテキストスイッチ
コンテキストスイッチとは何かを説明し、その発生条件とオーバーヘッドの影響について述べなさい。
コンテキストスイッチとは、CPUが現在実行しているプロセスやスレッドを切り替える操作のことです。
発生条件:
・タイムスライスの終了
・割り込みの発生（I/O処理の完了など）
・より優先度の高いプロセスやスレッドの実行
オーバーヘッドの影響:
・コンテキストスイッチには、レジスタやメモリの内容を保存・復元する処理が必要となり、オーバーヘッドが発生します。
頻度が高いと、システム全体の性能に影響を与える可能性があります。
問題6: C10K問題
C10K問題とは何かを説明し、それを解決するためのアプローチを述べなさい。
C10K問題とは、1万以上のクライアントからの同時接続を効率的に処理する問題のことです。
解決アプローチ:
非同期I/O: 入出力処理を非同期に行うことで、1つのスレッドで複数の接続を処理できます。
イベント駆動型アーキテクチャ: イベントが発生したときにのみ処理を行うことで、効率的にリソースを利用できます。
軽量なスレッドやコルーチン: スレッドよりも軽量な実行単位を利用することで、より多くの同時接続を処理できます。
問題7: Webサーバーの稼働方式
以下のWebサーバーの稼働方式について説明し、それぞれの違いと特性について述べなさい。
prefork:
マルチプロセスで、各プロセスが1つのスレッドで動作します。
利点: 安定性が高いです。
欠点: メモリ消費が大きく、スケーラビリティが低いです。
worker:
マルチプロセスで、各プロセスが複数のスレッドで動作します。
利点: メモリ効率が良いです。
欠点: スレッド間の同期が必要であり、デバッグが難しい場合があります。
event driven:
イベント駆動型で、非同期I/Oを利用します。
利点: 高スケーラビリティで、効率的にリソースを利用できます。
欠点: 設定が複雑で、デバッグが難しい場合があります。
まとめ
この記事では、PHPエンジニアが知っておくべきWebサーバーの基礎知識について、問題形式で解説しました。もし間違いなどあればコメントで教えてください！