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H2O (Webサーバ)

序章

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ハンドブックの目的と対象読者

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このハンドブックの目的は、H2O Webサーバを初めて使用するユーザーから、既に運用しているユーザーまで、幅広い層に向けて役立つ情報を提供することです。H2Oの基本的な概念から高度な設定、運用方法までを網羅し、ユーザーがH2Oを最大限に活用できるようサポートします。

対象読者は以下の通りです：

  • H2O Webサーバを初めて導入するシステム管理者や開発者
  • H2Oの基本的な操作を学びたい学生やエンジニア
  • H2Oを既に使用しており、さらに高度な設定や最適化を目指すプロフェッショナル

H2O Webサーバの概要

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H2Oは、Kazuho Oku氏によって開発されたオープンソースのHTTPサーバです。その設計思想は「高性能」「低レイテンシ」「最新のプロトコルサポート」に重点を置いており、特にHTTP/2とHTTP/3のサポートに優れています。H2Oは、非同期I/Oを活用することで効率的なリソース管理を実現し、高いスループットと低いレイテンシを提供します。

主な特徴：

  • 高性能: 非同期I/Oを活用した高スループットと低レイテンシ
  • 最新のプロトコルサポート: HTTP/2およびHTTP/3のネイティブサポート
  • セキュリティ: TLS 1.2および1.3のサポート、Let's Encryptとの統合
  • シンプルな設定: YAML形式の設定ファイルで簡単に管理可能
  • 拡張性: プラグインを使用して機能を拡張可能

H2Oの特徴と利点

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H2Oは、特に次のような利点を提供します：

  1. パフォーマンス: 非同期I/Oにより、高負荷環境でも安定したパフォーマンスを発揮します。
  2. 最新プロトコルのサポート: HTTP/2とHTTP/3を完全にサポートし、モダンなウェブ体験を提供します。
  3. セキュリティ: 最新のTLSプロトコルをサポートし、セキュリティ面でも優れています。自動証明書管理により、セキュリティの維持が容易です。
  4. 簡単な設定: YAML形式の設定ファイルは直感的で、簡単に設定を変更できます。
  5. リソース効率: メモリ使用量が少なく、サーバリソースを効率的に利用します。

ハンドブックの使用方法

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このハンドブックは、順序立てて読み進めることで、H2Oの導入から運用、最適化までを段階的に学ぶことができます。各章は独立しており、必要な部分だけを参照することも可能です。

以下の方法でこのハンドブックを最大限に活用してください：

  • 順序立てて学ぶ: 初心者の方は、最初の章から順に読み進めることで、基礎から応用までを体系的に学ぶことができます。
  • 特定のトピックを参照: 特定の問題や設定について知りたい場合は、目次を参照して該当する章を読み込むことで、迅速に情報を得られます。
  • 実践的な例を活用: 各章に含まれる具体的な例や設定サンプルを活用することで、実際の環境での適用が容易になります。

このハンドブックが、皆様のH2O Webサーバの効果的な運用に役立つことを願っています。

基本のインストール

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システム要件

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H2Oをインストールする前に、以下のシステム要件を確認してください。

ハードウェア要件
  • CPU: 1GHz以上のプロセッサ（マルチコア推奨）
  • メモリ: 最低512MB（1GB以上推奨）
  • ディスク容量: 100MB以上の空き容量（ログファイル用に追加の容量を確保）
ソフトウェア要件
  • OS: FreeBSD、Linux（各ディストリビューション）、macOS、Windows
  • 必要なパッケージ: OpenSSL（TLS/SSLサポート用）、CMake（ビルド用）

ソースからのインストール方法

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H2Oの最新バージョンをソースからインストールする手順を以下に示します。

  1. 依存関係のインストール: 
    # FreeBSD
# pkg install cmake libressl

    # Linux (Debian)
sudo apt-get update
sudo apt-get install cmake libssl-dev
  2. H2Oのダウンロード: 
    #git clone https://github.com/h2o/h2o.git
cd h2o
  3. ビルドおよびインストール: 
    cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
make
sudo make install

パッケージ管理システムを使用したインストール

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各OSにおけるパッケージ管理システムを利用したインストール方法を以下に示します。

FreeBSD
# pkg install h2o
Linux (Debian)
sudo apt-get update
sudo apt-get install h2o
macOS
brew install h2o
Windows

初期設定と確認

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  1. 設定ファイルの準備:
    H2Oの設定ファイルは、通常/usr/local/etc/h2o/h2o.confに配置されます。以下のような基本設定を含めます。
    listen:
  port: 80
paths:
  /:
    file.dir: /usr/local/www/h2o
  2. 設定ファイルの検証: 
    sudo h2o -c /usr/local/etc/h2o/h2o.conf -t
  3. H2Oの起動: 
    sudo h2o -c /usr/local/etc/h2o/h2o.conf
  4. 動作確認:
    ウェブブラウザでhttp://<サーバのIPアドレス>にアクセスし、デフォルトのウェブページが表示されることを確認します。

この章では、H2O Webサーバのインストール方法と基本的な設定手順を紹介しました。次章では、H2Oの設定ファイルの詳細と、基本的な設定オプションについて説明します。

基本的な設定

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H2Oの設定ファイルはYAML形式で記述されており、シンプルかつ直感的に設定を行うことができます。この章では、H2Oの設定ファイルの構造と基本的な設定項目について説明します。

設定ファイルの構造と基本要素

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H2Oの設定ファイル（通常は/usr/local/etc/h2o/h2o.conf）は、以下のような基本構造を持っています。 

listen:
  port: 80
paths:
  /:
    file.dir: /usr/local/www/h2o

この例では、サーバがポート80でリッスンし、/usr/local/www/h2oディレクトリのファイルを提供する設定になっています。

ドメインとホストの設定

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複数のドメインやホストを管理する場合、以下のように設定します。 

hosts:
  "example.com":
    listen:
      port: 80
    paths:
      /:
        file.dir: /usr/local/www/example
  "example.org":
    listen:
      port: 8080
    paths:
      /:
        file.dir: /usr/local/www/example_org

この設定では、example.comがポート80で、example.orgがポート8080でリッスンします。

ポートとIPアドレスの設定

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特定のIPアドレスとポートを指定するには、以下のように設定します。 

listen:
  host: "192.168.1.1"
  port: 8080

この設定では、サーバがIPアドレス192.168.1.1のポート8080でリッスンします。

基本的なディレクトリとファイルの設定

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H2Oでは、サーバが提供するディレクトリやファイルを指定することができます。 

paths:
  /:
    file.dir: /usr/local/www/h2o
  /images:
    file.dir: /usr/local/www/images

この設定では、ルートディレクトリ/が/usr/local/www/h2oに、/imagesが/usr/local/www/imagesにマッピングされています。

リダイレクトの設定

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URLのリダイレクトを設定するには、以下のようにします。 

paths:
  /old-path:
    redirect:
      url: /new-path

この設定では、/old-pathにアクセスした場合に/new-pathにリダイレクトされます。

MIMEタイプの設定

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MIMEタイプを設定することで、特定の拡張子のファイルが適切に処理されるようにします。 

file.mime:
  .html: text/html
  .css: text/css
  .js: application/javascript

この設定では、.htmlファイルがtext/htmlとして、.cssファイルがtext/cssとして、.jsファイルがapplication/javascriptとして扱われます。

エラーページの設定

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カスタムエラーページを設定するには、以下のようにします。 

file.custom-error-pages:
  404: /usr/local/www/h2o/404.html
  500: /usr/local/www/h2o/500.html

この設定では、404エラーの場合に/usr/local/www/h2o/404.htmlが表示され、500エラーの場合に/usr/local/www/h2o/500.htmlが表示されます。

ログの設定

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アクセスログやエラーログの設定を行うには、以下のようにします。 

access-log: /var/log/h2o/access.log
error-log: /var/log/h2o/error.log

この設定では、アクセスログが/var/log/h2o/access.logに、エラーログが/var/log/h2o/error.logに出力されます。

サーバの運用と管理

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サーバの起動、停止、再起動

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H2Oサーバの起動、停止、再起動のコマンドは以下の通りです。

起動
sudo h2o -c /usr/local/etc/h2o/h2o.conf
停止

H2Oプロセスを停止するには、プロセスIDを取得してからkillコマンドを使用します。 

sudo kill <H2OのプロセスID>
再起動

設定ファイルを変更した後、サーバを再起動するには、停止後に再度起動します。 

sudo kill <H2OのプロセスID>
sudo h2o -c /usr/local/etc/h2o/h2o.conf

ログファイルの管理と解析

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H2Oのログファイルは、サーバの運用状態を把握するために重要です。アクセスログとエラーログの解析方法を以下に示します。

アクセスログの解析

アクセスログは通常、/var/log/h2o/access.logに保存されます。ログファイルを解析するには、awkやgrepを使用します。 

awk '{print $1}' /var/log/h2o/access.log | sort | uniq -c | sort -nr

このコマンドは、各IPアドレスからのアクセス数を集計します。

エラーログの解析

エラーログは通常、/var/log/h2o/error.logに保存されます。エラーログを調査して問題を特定するには、tailコマンドを使用します。 

tail -f /var/log/h2o/error.log

このコマンドは、エラーログの最新エントリをリアルタイムで表示します。

サーバの監視とパフォーマンスチューニング

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サーバのパフォーマンスを最適化し、正常に動作しているかを監視するためのツールと方法を以下に示します。

監視ツール
  • Nagios: サーバのステータスを監視し、異常が検出された場合にアラートを送信します。
  • Munin: サーバのパフォーマンスデータを収集し、グラフとして表示します。
パフォーマンスチューニング
  • 非同期I/Oの活用: H2Oの非同期I/Oを活用することで、スループットを向上させます。
  • キャッシュの利用: 静的コンテンツをキャッシュすることで、応答時間を短縮します。
  • 最適な設定: 設定ファイルを調整し、サーバのリソースを効率的に使用します。

バックアップとリカバリ

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重要な設定ファイルやデータを定期的にバックアップすることで、システム障害やデータ損失に備えます。

バックアップ手順

1. 設定ファイルのバックアップ: 

   cp /usr/local/etc/h2o/h2o.conf /usr/local/etc/h2o/h2o.conf.bak

2. ウェブコンテンツのバックアップ: 

   tar czvf /backup/h2o-www-backup.tar.gz /usr/local/www/h2o
リカバリ手順

1. 設定ファイルのリストア: 

   cp /usr/local/etc/h2o/h2o.conf.bak /usr/local/etc/h2o/h2o.conf

2. ウェブコンテンツのリストア: 

   tar xzvf /backup/h2o-www-backup.tar.gz -C /usr/local/www/h2o

この章では、H2O Webサーバの基本的な設定方法と運用管理について説明しました。次章では、セキュリティの設定について詳しく説明します。

セキュリティ

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H2O Webサーバを安全に運用するためには、適切なセキュリティ設定が不可欠です。この章では、TLS/SSLの設定、HTTP/2およびHTTP/3のセキュリティ設定、ファイアウォールとアクセス制御、セキュリティアップデートの管理について説明します。

TLS/SSLの設定

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TLS/SSLを使用して、通信を暗号化し、安全性を高めます。以下の手順でTLS/SSLを設定します。

  1. 証明書と秘密鍵の準備:
    まず、TLS証明書と秘密鍵を用意します。Let's Encryptなどの無料の証明書発行サービスを使用することができます。
       sudo certbot certonly --standalone -d example.com
  2. 設定ファイルの編集:
    設定ファイルにTLS/SSLの設定を追加します。
       listen:
     port: 443
     ssl:
       certificate-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
       key-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem
  3. HTTPSリダイレクトの設定:
    HTTPからHTTPSへのリダイレクトを設定します。
       listen:
     port: 80
   paths:
     /:
       redirect:
         url: https://example.com$PATH
         internal: true

HTTP/2およびHTTP/3のセキュリティ設定

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H2OはHTTP/2およびHTTP/3をサポートしており、これらのプロトコルを使用することで、パフォーマンスとセキュリティを向上させることができます。

  1. HTTP/2の設定:
    設定ファイルにHTTP/2の設定を追加します。
       listen:
     port: 443
     ssl:
       certificate-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
       key-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem
     http2: ON
  2. HTTP/3の設定:
    HTTP/3を有効にするには、QUICプロトコルをサポートする設定を追加します。
       listen:
     port: 443
     ssl:
       certificate-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
       key-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem
     quic:
       port: 443
       ssl:
         certificate-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
         key-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem

ファイアウォールとアクセス制御

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ファイアウォールを使用して、不要なポートやIPアドレスからのアクセスを制限することができます。

  1. ファイアウォールの設定:
    FreeBSDのpfを使用した基本的なファイアウォール設定例を以下に示します。
    /etc/pf.conf
       # /etc/pf.conf
   block in all
   pass in proto tcp from any to any port 80
   pass in proto tcp from any to any port 443
    ファイアウォール設定を有効にするには、以下のコマンドを実行します。
    sudo pfctl -f /etc/pf.conf
sudo pfctl -e
  2. アクセス制御の設定:
    特定のIPアドレスからのアクセスを制限するには、以下のように設定します。
       paths:
     /admin:
       access-log: /var/log/h2o/admin-access.log
       allow:
         - 192.168.1.0/24
       deny: all

セキュリティアップデートの管理

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セキュリティアップデートを定期的に適用することで、システムを最新の状態に保ち、脆弱性を減らします。

  1. パッケージマネージャの使用:
    FreeBSDやLinuxでは、パッケージマネージャを使用してセキュリティアップデートを管理します。
    FreeBSD:
    pkg update && pkg upgrade
    Linux (Debian):
    sudo apt-get update && apt-get upgrade
  2. 定期的なアップデートの確認:
    アップデートを定期的に確認し、自動化することで、常に最新のセキュリティパッチを適用することができます。
    FreeBSD:
    freebsd-update fetch && freebsd-update install
    Linux (Debian):
    sudo unattended-upgrades

この章では、H2O Webサーバのセキュリティ設定について説明しました。次章では、高度な設定について詳しく説明します。

高度な設定

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この章では、H2O Webサーバの高度な設定方法について説明します。プロキシ設定、ロードバランシング、コンテンツ圧縮、HTTP/2 Pushの活用、カスタムエラーページの詳細設定などについて解説します。

プロキシ設定

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H2Oをリバースプロキシとして設定することで、バックエンドサーバとの通信を中継し、負荷分散やキャッシュの効果を高めることができます。

基本的なプロキシ設定
以下の例では、/backendパスへのリクエストをバックエンドサーバ（http://backend.local）にプロキシします。
paths:
  /backend:
    proxy.reverse.url: "http://backend.local"
ヘッダーのカスタマイズ
プロキシリクエストのヘッダーをカスタマイズすることもできます。
paths:
  /backend:
    proxy.reverse.url: "http://backend.local"
    header.add: "X-Forwarded-For: $remote_addr"

ロードバランシング

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H2Oは複数のバックエンドサーバに対するロードバランシングをサポートしています。

ラウンドロビン方式
以下の設定では、ラウンドロビン方式でリクエストを2つのバックエンドサーバに分散します。
paths:
  /backend:
    proxy.reverse.balance:
      targets:
        - url: "http://backend1.local"
        - url: "http://backend2.local"
重み付きロードバランシング
特定のサーバにより多くのリクエストを送信する設定も可能です。
paths:
  /backend:
    proxy.reverse.balance:
      targets:
        - url: "http://backend1.local"
          weight: 2
        - url: "http://backend2.local"
          weight: 1

コンテンツ圧縮

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H2Oは静的および動的コンテンツの圧縮をサポートしています。圧縮を有効にすることで、帯域幅の使用量を削減し、ページの読み込み時間を短縮できます。

gzip圧縮の有効化
以下の設定では、gzip圧縮を有効にします。
compress:
  gzip: ON
brotli圧縮の有効化
Brotli圧縮を使用するには、以下のように設定します。
compress:
  brotli: ON

HTTP/2 Pushの活用

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HTTP/2 Pushを使用することで、クライアントが要求する前に必要なリソースを送信できます。

基本的なHTTP/2 Pushの設定
以下の設定では、/index.htmlにアクセスした際に/style.cssと/script.jsをプッシュします。
paths:
  /index.html:
    http2-push: ["/style.css", "/script.js"]

カスタムエラーページの詳細設定

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カスタムエラーページを使用して、ユーザーにわかりやすいエラーメッセージを表示します。

基本的なカスタムエラーページの設定
以下の設定では、404エラーと500エラーに対してカスタムエラーページを設定します。
file.custom-error-pages:
  404: /usr/local/www/h2o/errors/404.html
  500: /usr/local/www/h2o/errors/500.html
条件付きエラーページの設定
特定の条件に応じたエラーページを設定することもできます。
paths:
  /admin:
    file.custom-error-pages:
      403: /usr/local/www/h2o/errors/403-admin.html

アクセス制御リスト (ACL)

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ACLを使用して、特定のIPアドレスやネットワークからのアクセスを制御できます。

基本的なアクセス制御
以下の設定では、特定のネットワークからのアクセスを許可し、それ以外を拒否します。
paths:
  /secure:
    allow:
      - 192.168.1.0/24
    deny: all

高度なログ設定

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詳細なログ設定を行うことで、トラフィックの解析やトラブルシューティングに役立ちます。

カスタムログフォーマット
カスタムログフォーマットを使用して、特定のログ情報を記録します。
access-log: 
  path: /var/log/h2o/access.log
  format: "%h %l %u %t \"%r\" %>s %b"
条件付きログ
特定の条件に応じたログ記録を設定します。
paths:
  /api:
    access-log: 
      path: /var/log/h2o/api-access.log
      condition: "status >= 400"

H2Oの拡張機能

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モジュールの追加

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mrubyスクリプトの利用

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H2Oには、mrubyというスクリプトエンジンが組み込まれています。mrubyは、Rubyの軽量版であり、C言語で記述されています。mrubyを使用することで、H2Oで実行するスクリプトを作成することができます。これにより、Webアプリケーションの構築が簡単になり、開発者が自由にカスタマイズできるようになります。

mrubyは、Rubyのシンタックスや機能の多くをサポートしていますが、実行速度は通常のRubyよりも高速です。mrubyを使用することで、H2Oのパフォーマンスを維持しながら、柔軟性を高めることができます。

H2Oとmrubyの組み合わせは、高速かつ柔軟なWebアプリケーションの開発に適しています。また、H2Oは、インストールが簡単で、設定もシンプルです。

mruby
mrubyは、組込みシステムやWebアプリケーションの開発に使用できる、軽量で高速なRubyプログラミング言語の実装です。

mrubyは、Yukihiro "Matz" Matsumoto氏によって開発され、2012年に最初にリリースされました。

mrubyは、MRI（Matz's Ruby Interpreter）とは異なり、高速かつ軽量なバージョンであり、組み込みシステムやマイクロコントローラなどのリソースが限られた環境でも実行できます。

また、mrubyにはC言語とのシームレスな統合機能が備わっており、C言語で書かれた既存のコードを容易に再利用できます。

mrubyは、オープンソースであり、BSDライセンスで提供されています。

カスタム404ページの設定

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パフォーマンスチューニング

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キャッシュの設定

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H2Oでは、静的コンテンツのキャッシュを設定することで、応答時間を短縮し、サーバの負荷を軽減できます。

基本的なキャッシュ設定
以下の設定では、静的ファイルをキャッシュします。
file.cache:
  max-age: 3600
条件付きキャッシュ
特定の条件に応じたキャッシュ設定を行います。
paths:
  /images:
    file.cache:
      max-age: 86400

非同期I/Oの活用

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H2Oの非同期I/Oを活用することで、スループットを向上させることができます。

非同期I/Oの有効化
以下の設定では、非同期I/Oを有効にします。
listen:
  port: 443
  ssl:
    certificate-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/fullchain.pem
    key-file: /etc/letsencrypt/live/example.com/privkey.pem
  http2: ON
  async: ON

まとめ

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このハンドブックでは、H2O Webサーバのインストールから基本設定、セキュリティ設定、高度な設定、パフォーマンスチューニングまでの一連の手順を解説しました。H2Oは高性能で柔軟なWebサーバであり、適切に設定することで、安全かつ効率的なWebサービスの提供が可能です。本書を参考に、H2Oの導入と運用に役立ててください。

外部リンク

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Wikipedia
 ウィキペディアにH2O (Webサーバ)の記事があります。
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