大型網站----架構

一個小型的網站，好比我的網站，可使用最簡單的html靜態頁面就實現了，配合一些圖片達到美化效果，全部的頁面均存放在一個目錄下，這樣的網站對系統架構、性能的要求都很簡單，隨着互聯網業務的不斷豐富，網站相關的技術通過這些年的發展，已經細分到很細的方方面面，尤爲對於大型網站來講，所採用的術更是涉及面很是廣，從硬件到軟件、編程語言、數據庫、WebServer、防火牆等各個領域都有了很高的要求，已經不是原來簡單的html靜態網站所能比擬的。

　　大型網站，好比門戶網站。在面對大量用戶訪問、高併發請求方面，基本的解決方案集中在這樣幾個環節：使用高性能的服務器、高性能的數據庫、高效率的編程語言、還有高性能的Web容器。可是除了這幾個方面，還無法根本解決大型網站面臨的高負載和高併發問題。

　　上面提供的幾個解決思路在必定程度上也意味着更大的投入，而且這樣的解決思路具有瓶頸，沒有很好的擴展性，下面我從低成本、高性能和高擴張性的角度來講說個人一些經驗。

1、HTML靜態化
　　其實你們都知道，效率最高、消耗最小的就是純靜態化的html頁面，因此咱們儘量使咱們的網站上的頁面採用靜態頁面來實現，這個最簡單的方法其實也是最有效的方法。可是對於大量內容而且頻繁更新的網站，咱們沒法所有手動去挨個實現，因而出現了咱們常見的信息發佈系統CMS，像咱們常訪問的各個門戶站點的新聞頻道，甚至他們的其餘頻道，都是經過信息發佈系統來管理和實現的，信息發佈系統能夠實現最簡單的信息錄入自動生成靜態頁面，還能具有頻道管理、權限管理、自動抓取等功能，對於一個大型網站來講，擁有一套高效、可管理的CMS是必不可少的。

　　除了門戶和信息發佈類型的網站，對於交互性要求很高的社區類型網站來講，儘量的靜態化也是提升性能的必要手段，將社區內的帖子、文章進行實時的靜態化，有更新的時候再從新靜態化也是大量使用的策略，像Mop的大雜燴就是使用了這樣的策略，網易社區等也是如此。目前不少博客也都實現了靜態化
　　同時，html靜態化也是某些緩存策略使用的手段，對於系統中頻繁使用數據庫查詢可是內容更新很小的應用，能夠考慮使用html靜態化來實現，好比論壇中論壇的公用設置信息，這些信息目前的主流論壇均可以進行後臺管理而且存儲再數據庫中，這些信息其實大量被前臺程序調用，可是更新頻率很小，能夠考慮將這部份內容進行後臺更新的時候進行靜態化，這樣避免了大量的數據庫訪問請求。

　　在進行html靜態化的時候可使用一種折中的方法，就是前端使用動態實現，在必定的策略下進行定時靜態化和定時判斷調用，這個能實現不少靈活性的操做，

2、圖片服務器分離
　　你們知道，對於Web服務器來講，無論是Apache、IIS仍是其餘容器，圖片是最消耗資源的，因而咱們有必要將圖片與頁面進行分離，這是基本上大型網站都會採用的策略，他們都有獨立的圖片服務器，甚至不少臺圖片服務器。這樣的架構能夠下降提供頁面訪問請求的服務器系統壓力，而且能夠保證系統不會由於圖片問題而崩潰。

　　在應用服務器和圖片服務器上，能夠進行不一樣的配置優化，好比Apache在配置ContentType的時候能夠儘可能少支持，儘量少的LoadModule，保證更高的系統消耗和執行效率。

　

　　另外，在處理靜態頁面或者圖片、js等訪問方面，能夠考慮使用lighttpd代替Apache，它提供了更輕量級和更高效的處理能力。

3、數據庫集羣和庫表散列
　　大型網站都有複雜的應用，這些應用必須使用數據庫，那麼在面對大量訪問的時候，數據庫的瓶頸很快就能顯現出來，這時一臺數據庫將很快沒法知足應用，因而咱們須要使用數據庫集羣或者庫表散列。

　　在數據庫集羣方面，不少數據庫都有本身的解決方案，Oracle、Sybase等都有很好的方案，經常使用的MySQL提供的Master/Slave也是相似的方案，您使用了什麼樣的DB，就參考相應的解決方案來實施便可。

　　上面提到的數據庫集羣因爲在架構、成本、擴張性方面都會受到所採用DB類型的限制，因而咱們須要從應用程序的角度來考慮改善系統架構，庫表散列是經常使用而且最有效的解決方案。咱們在應用程序中安裝業務和應用或者功能模塊將數據庫進行分離，不一樣的模塊對應不一樣的數據庫或者表，再按照必定的策略對某個頁面或者功能進行更小的數據庫散列，好比用戶表，按照用戶ID進行表散列，這樣就可以低成本的提高系統的性能而且有很好的擴展性。sohu的論壇就是採用了這樣的架構，將論壇的用戶、設置、帖子等信息進行數據庫分離，而後對帖子、用戶按照板塊和ID進行散列數據庫和表，最終能夠在配置文件中進行簡單的配置便能讓系統隨時增長一臺低成本的數據庫進來補充系統性能。

4、緩存
　　緩存一詞搞技術的都接觸過，不少地方用到緩存。網站架構和網站開發中的緩存也是很是重要。這裏先講述最基本的兩種緩存。高級和分佈式的緩存在後面講述。

　　架構方面的緩存，對Apache比較熟悉的人都能知道Apache提供了本身的mod_proxy緩存模塊，也可使用外加的Squid進行緩存，這兩種方式都可以有效的提升Apache的訪問響應能力。

5、鏡像
　　鏡像是大型網站常採用的提升性能和數據安全性的方式，鏡像的技術能夠解決不一樣網絡接入商和地域帶來的用戶訪問速度差別，好比ChinaNet和EduNet之間的差別就促使了不少網站在教育網內搭建鏡像站點，數據進行定時更新或者實時更新。在鏡像的細節技術方面，這裏不闡述太深，有不少專業的現成的解決架構和產品可選。也有廉價的經過軟件實現的思路，好比Linux上的rsync等工具。

6、負載均衡
　　負載均衡將是大型網站解決高負荷訪問和大量併發請求採用的終極解決辦法。

　　負載均衡技術發展了多年，有不少專業的服務提供商和產品能夠選擇，我我的接觸過一些解決方法，其中有兩個架構能夠給你們作參考。另外有關初級的負載均衡DNS輪循和較專業的CDN架構就很少說了。

6.1 硬件四層交換
　　第四層交換使用第三層和第四層信息包的報頭信息，根據應用區間識別業務流，將整個區間段的業務流分配到合適的應用服務器進行處理。　第四層交換功能就象是虛IP，指向物理服務器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其餘協議。這些業務在物理服務器基礎上，須要複雜的載量平衡算法。在IP世界，業務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。

　　在硬件四層交換產品領域，有一些知名的產品能夠選擇，好比Alteon、F5等，這些產品很昂貴，可是物有所值，可以提供很是優秀的性能和很靈活的管理能力。Yahoo中國當初接近2000臺服務器使用了三四臺Alteon就搞定了。

6.2 軟件四層交換
　　你們知道了硬件四層交換機的原理後，基於OSI模型來實現的軟件四層交換也就應運而生，這樣的解決方案實現的原理一致，不過性能稍差。可是知足必定量的壓力仍是遊刃有餘的，有人說軟件實現方式其實更靈活，處理能力徹底看你配置的熟悉能力。

　　軟件四層交換咱們可使用Linux上經常使用的LVS來解決，LVS就是Linux Virtual Server，他提供了基於心跳線heartbeat的實時災難應對解決方案，提升系統的魯棒性，同時可供了靈活的虛擬VIP配置和管理功能，能夠同時知足多種應用需求，這對於分佈式的系統來講必不可少。

　　一個典型的使用負載均衡的策略就是，在軟件或者硬件四層交換的基礎上搭建squid集羣，這種思路在不少大型網站包括搜索引擎上被採用，這樣的架構低成本、高性能還有很強的擴張性，隨時往架構裏面增減節點都很是容易。這樣的架構我準備空了專門詳細整理一下和你們探討。

6.3 七層交換
　　你們都知道TCP/IP的七層協議，四層交換是基於傳輸層的，在這一層只能處理鏈接的管理，可是沒法和業務關聯起來，一般只能針對tcp、udp的鏈接來進行處理，而真正的業務邏輯須要後面的服務器羣本身來處理，隨着技術的發展，今天，咱們在不少高級的應用中出現了七層交換。

七層交換是基於TCP/IP的第七層應用層來實現的，在這一層上，首先咱們能夠區分出具體的應用，好比HTTP、TELNET、FTP、DNS等等，還能根據應用中傳送的內容來進行策略的管理，好比咱們有這麼兩個網站的路徑 a.com/music/… 和a.com/photo/… 原來基於四層交換隻能把這兩個url的請求都分發到後面一組服務器上，可是七層交換能夠判斷訪問的是music/仍是photo/路徑，而後分別分發到不通的服務器羣上，從而實現更靈活的系統架構設計。

固然，七層交換也分硬件和軟件的實現方式，在這裏我不細說了，硬件有著名的F5、Nortel等，軟件有Haproxy等，固然，七層交換的軟件目前仍是在性能上要遠遠差異於硬件實現的，要知道，這些硬件都價格不菲

總結：
　　對於大型網站來講，前面提到的每一個方法可能都會被同時使用到，這裏介紹得比較淺顯，具體實現過程當中不少細節還須要你們慢慢熟悉和體會，有時一個很小的squid參數或者apache參數設置，對於系統性能的影響就會很大，但願你們一塊兒討論，達到拋磚引玉之效。

　　

咱們說到有關圖片影響性能的問題，通常來講都是出自於咱們的大部分訪問頁面中圖片每每比html代碼佔用的流量大，在同等網絡帶寬的狀況下，圖片傳輸須要的時間更長，因爲傳輸須要花很大開銷在創建鏈接上，這會延長用戶client端與server端的http鏈接時長，這對於apache來講，併發性能確定會降低，除非你的返回所有是靜態的，那就能夠把 httpd.conf 中的 KeepAlives 爲 off ，這樣能夠減少鏈接處理時間，可是若是圖片過多會致使創建的鏈接次數增多，一樣消耗性能。

另外咱們提到的理論更多的是針對大型集羣的案例，在這樣的環境下，圖片的分離能有效的改進架構，進而影響到性能的提高，要知道咱們爲何要談架構？架構可能爲了安全、爲了資源分配、也爲了更科學的開發和管理，可是終極目都是爲了性能。

另外在RFC1945的HTTP協議文檔中很容易找到有關Mime Type和Content length部分的說明，這樣對於理解圖片對性能影響是很容易的。

對於大型的站點來講，他的數據庫和 Web Server 通常都是分佈式的，在多個區域都有部署，當某個地區的用戶訪問時會對應到一個節點上，若是是對社區內的帖子實時靜態化，有更新時再從新靜態化，那麼在節點之間如何馬上同步呢？數據庫端如何實現呢？若是用戶看不到的話會覺得發帖失敗？形成重複發了，那麼如何將用戶鎖定在一個節點上呢?


對於將一個用戶鎖定在某個節點上是經過四層交換來實現的，通常狀況下是這樣，若是應用比較小的能夠經過程序代碼來實現。大型的應用通常經過相似LVS和硬件四層交換來管理用戶鏈接，能夠制定策略來使用戶的鏈接在生命期內保持在某個節點上。

靜態化和同步的策略比較多，通常採用的方法是集中或者分佈存儲，可是靜態化倒是經過集中存儲來實現的，而後使用前端的proxy羣來實現緩存和分擔壓力。

 通常對於一箇中型網站來講，交互操做很是多，日PV百萬左右，如何作合理的負載？

交互若是很是多，能夠考慮使用集羣加Memory Cache的方式，把不斷變化並且須要同步的數據放入Memory Cache裏面進行讀取，具體的方案還得須要結合具體的狀況來分析。

 

若是一個網站處於技術發展期，那麼這些優化手段應該先實施哪些後實施哪些呢？
或者說從成本（技術、人力和財力成本）方面，哪些先實施可以取得最大效果呢？

先從服務器性能優化、代碼性能優化方面入手，包括webserver、dbserver的優化配置、html靜態化等容易入手的開始，這些環節爭取先榨取到最大化的利用率，而後再考慮從架構上增長投入，好比集羣、負載均衡等方面，這些都須要在有必定的發展積累以後再作考慮比較恰當。

這個img.9tmd.com是虛擬主機吧，也就是說是一個apache提供的服務吧，這樣的話對於性能的提升也頗有意義嗎？仍是隻是鋪墊，爲了方便之後的物理分離呢？

由於目前只有一臺服務器，因此從物理上沒法實現真正的分離，暫時使用虛擬主機來實現，是爲了程序設計和網站架構上的靈活，若是有了一臺新的服務器，我只須要把圖片鏡像過去或者同步過去，而後把img.9tmd.com的dns解析到新的服務器上就天然實現了分離，若是如今不從架構和程序上實現，從此這樣的分離就會比較痛苦:)

關於如何在網站的前期儘量低成本的投入，作到性能最大化利用，同時作好後期系統架構的規劃，這個問題能夠說已經放大到超出技術範疇，不過和技術相關的部分仍是有很多須要考慮的。

一個網站的規劃關鍵的就是對階段性目標的規劃，好比預測幾個月後達到什麼用戶級別、存儲級別、併發請求數，而後再過幾個月又將什麼狀況，這些預測必須根據具體業務和市場狀況來進行預估和不斷調整的，有了這些預測數據做爲參考，就能進行技術架構的規劃，不然技術上是沒法合理進行架構設計的。

在網站發展規劃基礎上，考慮從此要提供什麼樣的應用？有些什麼樣的域名關係？各個應用之間的業務邏輯和關聯是什麼？面對什麼地域分佈的用戶提供服務？等等。。。

上面這些問題有助於規劃網站服務器和設備投入，同時從技術上能夠及早預測到將來將會是一個什麼架構，在知足這個架構下的每一個節點將須要知足什麼條件，就是初期架構的要求。

總的來講，不結合具體業務的技術規劃是沒有意義的，因此首先是業務規劃，也就是產品設計，而後纔是技術規劃。

圖片服務器與主數據分離的問題。
圖片是存儲在硬盤裏好仍是存儲在數據庫裏好？
請您分硬盤和數據庫兩種狀況解釋下面的疑問。
當存放圖片的服務器容量不能知足要求時如何辦？
當存放圖片的服務器負載不能知足要求時如何辦？

確定是存儲在硬盤裏面，出現存儲在數據庫裏面的說法其實是出自一些虛擬主機或者租用空間的我的網站和企業網站，由於網站數據量小，也爲了備份方便，從大型商業網站來講，沒有圖片存儲在數據庫裏面的大型應用。數據庫容量和效率都會是極大的瓶頸。

你提到的後面兩個問題。容量和負載基本上是同時要考慮的問題，容量方面，大部分的解決方案都是使用海量存儲，好比專業的盤陣，入門級的磁盤櫃或者高級的光纖盤陣、局域網盤陣等，這些都是主要的解決方案。記得我原來講過，若是是考慮低成本，必定要本身使用便宜單臺服務器來存儲，那就須要從程序邏輯上去控制，好比你能夠多臺一樣的服務器來存儲，分別提供NFS的分區給前端應用使用，在前端應用的程序邏輯中本身去控制存儲在哪一臺服務器的NFS分區上，好比根據Userid或者圖片id、或者別的邏輯去進行散列，這個和咱們規劃大型數據庫存儲散列分表或者分庫存儲的邏輯相似。

基本上圖片負載高的解決辦法有兩種，前端squid緩存和鏡像，經過對存儲設備（服務器或者盤陣）使用鏡像，能夠分佈到多臺服務器上對外提供圖片服務，而後再配合squid緩存實現負載的下降和提升用戶訪問速度。

 

1、圖片服務器分離
這個觀點是我一直以來都很是支持的。特別是若是程序與圖片都放在同一個 APAHCE 的服務器下，每個圖片的請求都有可能致使一個 HTTPD 進程的調用，而 HTTPD 若是包含有 PHP 模塊的的時候，就會佔用過多的內存，而這個是沒有任何須要的。

使用獨立的圖片服務器不但能夠避免以上這個狀況，更能夠對不一樣的使用性質的圖片設置不一樣的過時時間，以便同一個用戶在不一樣頁面訪問相同圖片時不會再次從服務器（基因而緩存服務器）取數據，不但止快速，並且還省了帶寬。還有就是，對於緩存的時間上，亦能夠作調立的調節。

在我過往所管理的圖片服務器中，不但止是將圖片與應用及頁面中分離出來，仍是爲不一樣性質的圖片啓用不一樣的域名。以緩解不一樣性質圖片帶來的壓力。例如 photo.img.domain.com 這個域名是爲了攝影服務的，平時使用 5 臺 CACHE，但到了 5.1 長假期後，就有可能須要獨立爲他增長至 10 臺。而增長的這 5 臺能夠從其餘負載較低的圖片服務器中調動過來臨時使用。

2、數據庫集羣
一套 ORACLE RAC 的集羣佈置大概在 40W 左右，這個價格對於通常公司來講，是沒有必要的。由於 WEB 的應用邏輯相對較簡單，而 ORACLE 這些大型數據庫的價值在於數據挖掘，而不在於簡單的存儲。因此選擇 MySQL 或 PostgreSQL 會實際一些。

簡單的 MySQL 複製就能夠實現較好的效果。讀的時候從 SLAVE 讀，寫的時候纔到 MASTER 上更新。實際的狀況下，MySQL 的複製性能很是好，基本上不會帶來過高的更新延時。使用 balance （http://www.inlab.de/balance.html）這個軟件，在本地（127.0.0.1）監聽 3306 端口，再映射多個 SLAVE 數據庫，能夠實現讀取的負載均衡。

3、圖片保存於磁盤仍是數據庫？
對於這個問題，我亦有認真地考慮過。若是是在 ext3 的文件系統下，建 3W 個目錄就到極限了，而使用 xfs 的話就沒有這個限制。圖片的存儲，若是須要是大量的保存，必需要分隔成不少個小目錄，不然就會有 ext3 只能建 3W 目錄的限制，並且文件數及目錄數太多會影響磁盤性能。尚未算上空間佔用浪費等問題。

更更重要的是，對於一個大量小文件的數據備份，要佔用極大的資源和很是長的時間。在這些問題前面，可能將圖片保存在數據庫是個另外的選擇。

能夠嘗試將圖片保存到數據庫，前端用 PHP 程序返回實際的圖片，再在前端放置一個 SQUID 的服務器，能夠避免性能問題。那麼圖片的備份問題，亦能夠利用 MySQL 的數據複製機制來實現。這個問題就能夠獲得較好的解決了。

4、頁面的靜態化我就不說了，我本身作的 wordpress 就徹底實現了靜態化，同時能很好地兼顧動態數據的生成。

5、緩存
我本身以前也提出過使用 memcached，但實際使用中不是很是特別的理想。固然，各個應用環境不一致會有不一致的使用結果，這個並不重要。只要本身以爲好用就用。

6、軟件四層交換
LVS 的性能很是好，我有朋友的網站使用了 LVS 來作負責均衡的調度器，數據量很是大均可以輕鬆支撐。固然是使用了 DR 的方式。

其實我本身還想過能夠用 LVS 來作 CDN 的調度。例如北京的 BGP 機房接受用戶的請求，而後經過 LVS 的 TUN 方式，將請求調度到電信或網通機房的實際物理服務器上，直接向用戶返回數據。

這種是 WAN 的調度，F5 這些硬件設備也應用這樣的技術。不過使用 LVS 來實現費用就大大下降