大型网站技术架构-入门梳理

2017-1-8 杜世伟 架构

罗列了大型网站架构涉及到的概念，附上了简单说明

前言

• 本文是对《大型网站架构设计》(李智慧 著)一书的梳理，类似文字版的“思维导图”
• 全文主要围绕“性能，可用性，伸缩性，扩展性，安全”这五个要素
• 性能，可用性，伸缩性这几个要素基本都涉及到应用服务器，缓存服务器，存储服务器这几个方面

概述

• 三个纬度：演化、模式、要素
• 五个要素： 性能，可用性，伸缩性，扩展性，安全

演化历程

图例可参考 大型网站架构演化历程：

1. 初始阶段的网站架构：一台服务器，上面同时拥有应用程序，数据库，文件，等所有资源。例如 LAMP 架构
2. 应用和数据服务分离：三台服务器（硬件资源各不相同），分别是应用服务器，文件服务器和数据库服务器
3. 使用缓存改善网站性能：分为两种，缓存在应用服务器上的本地缓存和缓存在专门的分布式缓存服务器的远程缓存
4. 使用应用服务器集群改善网站并发处理能力：通过负载均衡调度服务器来将访问请求分发到应用服务器集群中的任何一台机器
5. 数据库读写分离：数据库采用主从热备，应用服务器在写数据时访问主数据库，主数据库通过主从复制机制将数据更新同步到从数据库。应用服务器使用专门的数据访问模块从而对应用透明
6. 使用反向代理和 CDN 加速网站响应：这两者基本原理都是缓存。反向代理部署在网站的中心机房，CDN 部署在网络提供商的机房
7. 使用分布式文件系统和分布式数据库系统：数据库拆分的最后手段，更常用的是业务分库
8. 使用 NoSQL 和搜索引擎：对可伸缩的分布式有更好的支持
9. 业务拆分：将整个网站业务拆分成不同的应用，每个应用独立部署维护，应用之间通过超链接建立联系/消息队列进行数据分发/访问同一数据存储系统
10. 分布式服务：公共业务提取出来独立部署

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负载均衡之LVS：Linux Virtual Server

2014-10-7 杜世伟 Nginx

负载均衡之LVS：Linux Virtual Server
1）简介
        LVS是Linux Virtual Server的简称，也就是Linux虚拟服务器, 是一个由章文嵩博士发起的自由软件项目，它的官方站点是www.linuxvirtualserver.org。现在LVS已经是 Linux标准内核的一部分，在Linux2.4内核以前，使用LVS时必须要重新编译内核以支持LVS功能模块，但是从Linux2.4内核以后，已经完全内置了LVS的各个功能模块，无需给内核打任何补丁，可以直接使用LVS提供的各种功能。

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Linux服务器集群系统四

2014-7-5 杜世伟 架构

1. 前言 
在上一篇文章中，我们主要讲述了LVS集群中实现的三种IP负载均衡技术，它们主要解决系统的可伸缩性和透明性问题，如何通过负载调度器将请求高 效地分发到不同的服务器执行，使得由多台独立计算机组成的集群系统成为一台虚拟服务器；客户端应用程序与集群系统交互时，就像与一台高性能的服务器交互一 样。

本文将主要讲述在负载调度器上的负载调度策略和算法，如何将请求流调度到各台服务器，使得各台服务器尽可能地保持负载均衡。文章主要由两个部分组 成。第一部分描述IP负载均衡软件IPVS在内核中所实现的各种连接调度算法；第二部分给出一个动态反馈负载均衡算法（Dynamic-feedback load balancing），它结合内核中的加权连接调度算法，根据动态反馈回来的负载信息来调整服务器的权值，来进一步避免服务器间的负载不平衡。

在下面描述中，我们称客户的socket和服务器的socket之间的数据通讯为连接，无论它们是使用TCP还是UDP协议。对于UDP数据报文的 调度，IPVS调度器也会为之建立调度记录并设置超时值（如5分钟）；在设定的时间内，来自同一地址（IP地址和端口）的UDP数据包会被调度到同一台服 务器。

2. 内核中的连接调度算法

IPVS在内核中的负载均衡调度是以连接为粒度的。在HTTP协议（非持久）中，每个对象从WEB服务器上获取都需要建立一个TCP连接，同一用户 的不同请求会被调度到不同的服务器上，所以这种细粒度的调度在一定程度上可以避免单个用户访问的突发性引起服务器间的负载不平衡。

在内核中的连接调度算法上，IPVS已实现了以下八种调度算法：

• 轮叫调度（Round-Robin Scheduling）
• 加权轮叫调度（Weighted Round-Robin Scheduling）

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Linux服务器集群系统三

2014-7-3 杜世伟 架构

1.前言
在 前面文章中，讲述了可伸缩网络服务的几种结构，它们都需要一个前端的负载调度器（或者多个进行主从备份）。我们先分析实现虚拟网络服务的主要技术，指出 IP负载均衡技术是在负载调度器的实现技术中效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中，主要有通过网络地址转换（Network Address Translation）将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器，我们称之为VS/NAT技术（Virtual Server via Network Address Translation）。在分析VS/NAT的缺点和网络服务的非对称性的基础上，我们提出了通过IP隧道实现虚拟服务器的方法VS/TUN （Virtual Server via IP Tunneling），和通过直接路由实现虚拟服务器的方法VS/DR（Virtual Server via Direct Routing），它们可以极大地提高系统的伸缩性。VS/NAT、VS/TUN和VS/DR技术是LVS集群中实现的三种IP负载均衡技术，我们将在文 章中详细描述它们的工作原理和各自的优缺点。

在以下描述中，我们称客户的socket和服务器的socket之间的数据通讯为连接，无论它们是使用TCP还是UDP协议。下面简述当前用服务器集群实现高可伸缩、高可用网络服务的几种负载调度方法，并列举几个在这方面有代表性的研究项目。

2.实现虚拟服务的相关方法
在网络服务中，一端是客户程序，另一端是服务程序，在中间可能有代理程序。由此看来，可以在不同的层次上实现多台服务器的负载均衡。用集群解决网络服务性能问题的现有方法主要分为以下四类。

2.1. 基于RR-DNS的解决方法

NCSA的可伸缩的WEB服务器系统就是最早基于RR-DNS（Round-Robin Domain Name System）的原型系统[1,2]。它的结构和工作流程如下图所示：

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Linux服务器集群系统二

2014-7-2 杜世伟 架构

1.引言 
在过去的十几年中，Internet从几个研究机构相连为信息共享的网络发展成为拥有大量应用和服务的全球性网络，它正成为人们生活中不可缺少的 一部分。虽然Internet发展速度很快，但建设和维护大型网络服务依然是一项挑战性的任务，因为系统必须是高性能的、高可靠的，尤其当访问负载不断增 长时，系统必须能被扩展来满足不断增长的性能需求。由于缺少建立可伸缩网络服务的框架和设计方法，这意味着只有拥有非常出色工程和管理人才的机构才能建立 和维护大型的网络服务。

针对这种情形，本文先给出LVS集群的通用体系结构，并讨论了其的设计原则和相应的特点；最后将LVS集群应用于建立可伸缩的Web、Media、Cache和Mail等网络服务。

2.LVS集群的通用体系结构 
LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服 务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无需修改客户端和服务器端的程序。

 
图1：LVS集群的体系结构

为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。一般来说，LVS集群采用三层结构，其体系结构如图1所示，三层主要组成部分为：

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Linux服务器集群系统一

2014-7-1 杜世伟 架构

本文介绍了Linux服务器集群系统--LVS（Linux Virtual Server）项目的产生背景和目标，并描述了LVS服务器集群框架及目前提供的软件，列举LVS集群系统的特点和一些实际应用，最后，本文谈论了LVS项目的开发进展和开发感触。

1. 背景

当今计算机技术已进入以网络为中心的计算时期。由于客户/服务器模型的简单性、易管理性和易维护性，客户/服务器计算模式在网上被大量采用。在九十年代中 期，万维网（World Wide Web）的出现以其简单操作方式将图文并茂的网上信息带给普通大众，Web也正在从一种内容发送机制成为一种服务平台，大量的服务和应用（如新闻服务、网 上银行、电子商务等）都是围绕着Web进行。这促进Internet用户剧烈增长和Internet流量爆炸式地增长，图1显示了1995至2000年与 Internet连接主机数的变化情况[1]，可见增长趋势较以往更迅猛。

 
图1：1995至2000年Internet主机数的变化

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Web基础架构：负载均衡和LVS

2014-5-4 杜世伟 架构

在大规模互联网应用中，负载均衡设备是必不可少的一个节点，源于互联网应用的高并发和大流量的冲击压力，我们通常会在服务端部署多个无状态的应用服务器和若干有状态的存储服务器（数据库、缓存等等）。

一、负载均衡的作用

负载均衡设备的任务就是作为应用服务器流量的入口，首先挑选最合适的一台服务器，然后将客户端的请求转发给这台服务器处理，实现客户端到真实服务端的透明转发。最近几年很火的「云计算」以及分布式架构，本质上也是将后端服务器作为计算资源、存储资源，由某台管理服务器封装成一个服务对外提供，客户端不需要关心真正提供服务的是哪台机器，在它看来，就好像它面对的是一台拥有近乎无限能力的服务器，而本质上，真正提供服务的，是后端的集群。

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