云端高性能技术架构浅析一

无论是国外的Google、Facebook、Amazon,还是国内的Baidu、Taobao等,这些高性能的服务器在处理高并发的请求时,都能快速、准确的给予应答。通过查阅资料,了解现有大型网站的技术架构,发现目前常用的技术有分层、缓存、负载均衡、数据库性能优化,分布式系统等等。接下类分别对这些技术进行简单介绍。

1 分层与服务分离

  无论OSI的7层网络结构,还是计算机底层硬件与上层软件之间的分层,甚至于Web领域大家非常熟悉的MVC开发模式,分层在计算机领域无处不在。分层可以将不同的功能部件独立起来,下层为上层提供访问接口,支撑上层的功能;上层调用下层接口来完成服务。

  分层也是服务器端采用的一种方法,通过将数据库、文件资源等与应用服务器分开,可以缓解服务器压力。

  另外,根据业务需求的不同,将明显没有交集的业务分开,独立成不同的模块单独进行管理,也可以在很大程度上提升服务器性能。

2 缓存

  缓存在计算机很多地方都有涉及,比如在内存与硬盘之间增加Cache、增加IO缓冲区来缓解速度之间的不匹配。缓存的出现主要是依据计算机中著名的二八定律。缓存的技术主要包括本地缓存、分布式缓存、CDN和反向代理。

  根据二八定律,80%的操作集中在20%的数据上。网站将常用的数据缓存在本地应用服务器中,以后直接通过缓存中的数据来响应用户的请求,而不用再去计算。这样就可以减少响应时间。

  分布式缓存相比本地缓存速度要慢,因为应用服务器要访问专门的缓存服务器来获取数据,但是应用服务器主要用于处理请求,其自身内存有限,如果缓存大量数据,应用程序的运行速度将受到明显影响。因此很多大型网站都使用远程分布式缓存,部署大内存的服务器作为专门的缓存服务器。

  缓存的另外两种表现形式是CDN和反向代理。不同的地方在于,CDN部署在网络提供商(比如电信、移动、联通等)的机房,用户在请求网站服务时,可以直接从网络提供商机房获取数据;而反向代理则部署在网站的中心机房,当用户的请求到中心机房后,首先访问的服务器是反向代理服务器,如果反向代理服务器中有相应资源的缓存,就将其直接返回给用户,而不用再去请求应用服务器。

3 负载均衡

  负载均衡的原理就是去中心化。当用户并发请求量巨大时,如果将所有的请求都交给一个服务器去处理,很可能造成服务器宕机,即使能够正确响应,响应时间也可能会比较长,给用户造成不好的体验。

  大型网站都是将一个域名绑定不同的服务器IP,这样表面上好像只有一台服务器在提供服务,实际则是一个服务器集群在提供相同的服务。负载均衡器接收所有用户的请求,再根据每台应用服务器正在处理的请求数量来对请求进行分配。这样就能在很大程度上提高系统的性能,同时扩展性也得到很大提升——当某台服务器宕机时,直接替换就可以,其它服务器继续相应用户请求;当用户请求量超过预定峰值时,也可以通过实时增加服务器来缓解压力。

4 数据库性能优化

  使用缓存后,大部分的数据操作不需要通过数据库即可完成。但是仍有一部分读操作(缓存访问不命中,缓存过期)和全部的写操作需要访问数据库,在网站的用户达到一定规模时,数据库因为负载压力过高而成为网站的瓶颈。因而需要对数据库进行优化,常用的技术主要包括读写分离、结合非关系型数据库使用、分布式数据库等。

  一般情况下,数据库读操作所需要的时间比写操作的要少很多,通过将数据库的读写操作分离可以明显改善数据库性能。目前很多大型网站都配置数据库主从关系,主数据库用于写操作并将数据同步更新到从数据库上,从数据库只负责读操作。例如,新浪云计算平台(SAE)给用户的数据库就进行了主从配置。

  同时,可以利用非关系型数据库和搜索引擎对数据检索的优势,来减轻应用服务器直接访问关系型数据库的压力。

  当对业务进行分离后,可以根据业务所涉及的数据,将数据库进行分库部署在不同的服务器上。

5 冗余

  网站需要7x24小时连续运行,但是服务器随时可能出现故障,特别是服务器规模比较大时,出现某台服务器宕机是必然事件。要想保证在服务器宕机的情况下网站依然可以继续服务,不丢失数据,就需要一定程度的服务器冗余运行,数据冗余备份,这样当某台服务器宕机时,可以将其上的服务和数据转移到其它机器上继续运行。

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