大型网站架构演化

很久以前读过一本书,书名 《大型网站技术架构》。因为架构是个很大的命题,此书篇幅有限,写的内容比较泛,比较适合刚接触网站架构的童鞋,读完此书对网站架构体系能有一个整体的认知。现将书中主要内容整理如下:

1. 初始阶段的网站架构

应用程序、数据库、文件等所有的资源都放在一台服务器上。使用 LNAMP,汇集各种免费开源软件及一台廉价服务器就可以开始网站的发展之路了。

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2. 应用服务和数据服务分离

随着网站业务的发展,一台服务器逐渐不能满足需求,这时就需要将应用和数据分离。应用和数据分离后整个网站使用三台服务器:应用服务器、文件服务器、和数据库服务器。

这三台服务器对硬件资源的要求各不相同:

  1. 应用服务器需要处理大量的业务逻辑,因此需要更快更强大的 CPU;
  2. 数据库服务器需要快速磁盘检索和数据缓存,因此需要更快的硬盘和更大的内存;
  3. 文件服务器需要存储大量用户上传的文件,因此需要更大的硬盘。

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3. 使用缓存改善网站性能

随着用户逐渐增多,网站又一次面临挑战:数据库压力太大导致访问延迟,进而影响整网站的性能。

网站访问特点和现实世界的财富分配一样遵循二八定律:80% 的业务访问集中在 20% 的数据上。

既然大部分的业务访问集中在一小部分数据上,把这一小部分数据缓存在内存中,减少数据库的访问压力,提高整个网站的数据访问速度。

网站使用的缓存可以分为两种: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上的远程缓存。本地缓存的访问速度更快一些,但是受应用服务器内存限制,其缓存数据量有限,而且会出现和应用程序争用内存的情况。远程分布式缓存可以使用集群的方式,部署大内存的服务器作为专门的缓存服务器。

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4. 使用应用服务器集群改善网站的并发处理能力

单一应用服务器能够处理的请求连接有限,在网站访问高峰期,应用服务器成为整个网站的瓶颈。

对网站架构而言,只要能通过增加一台服务器的方式改善负载压力,就可以以同样的方式持续增加服务器不断改善系统性能,从而实现系统的可伸缩性

通过负载均衡调度服务器,可将来自用户浏览器的访问请求分发到应用服务器集群中的任何一台服务器上。

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5. 数据库读写分离

使用缓存后,仍有一部分缓存访问不命中、缓存过期和全部的写操作需要访问数据库。

主从复制,实现数据库读写分离,从而改善数据库负载压力。

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6. 使用反向代理和 CDN 加速网站响应

随着网站业务不断发展,用户规模越来越大,由于中国复杂的网络环境,不同地区的用户访问网站时,速度差别也极大。使用 CDN 和反向代理的目的都是尽早返回数据给用户。

CDN 和反向代理的基本原理都是缓存,区别在于 CDN 部署在网络提供商的机房,使用户在请求网站服务时,可以从距离自己最近的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。

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7. 使用分布式文件系统和分布式数据库系统

任何强大的单一服务器都满足不了大型网站持续增长的业务需求。数据库经过读写分离后,从一台服务器拆分成两台服务器,但是随着网站业务的发展依然不能满足需求,这时需要使用分布式数据库。文件系统也一样,需要使用分布式文件系统。

分布式数据库是网站数据库拆分的最后手段,只有在单表数据规模非常庞大的时候才使用。不到不得已时,网站更常用的数据库拆分手段是业务分库,将不同业务的数据部署在不同的物理服务器上。

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8. 使用 NoSQL 和搜索引擎

随着网站业务越来越复杂,对数据存储和检索的需求也越来越复杂,网站需要采用一些非关系型数据库技术如 NoSQL 和非数据库查询技术如搜索引擎。

NoSQL 和搜索引擎对可伸缩的分布式特性具有更好的支持。应用服务器则通过一个统一数据访问模块访问各种数据,减轻应用程序管理诸多数据源的麻烦。

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9. 业务拆分

大型网站为了应对日益复杂的业务场景,通过使用分而治之的手段将整个网站业务分成不同的产品线,如大型购物交易网站就会将首页、商铺、订单、买家、卖家等拆分成不同的产品线,分归不同的业务团队负责。

具体到技术上,也会根据产品线划分,将一个网站拆分成许多不同的应用,每个应用独立部署维护。

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10. 分布式服务

随着业务拆分越来越小,存储系统越来越庞大,应用系统的整体复杂度呈指数级增加,部署维护越来越困难。由于所有应用要和所有数据库系统连接,在数万台服务器规模的网站中,这些连接的数目是服务器规模的平方,导致数据库连接资源不足,拒绝服务。

既然每一个应用系统都需要执行许多相同的业务操作,比如用户管理、商品管理等,那么可以将这些共用的业务提取出来,独立部署。由这些可复用的业务连接数据库,提供共用业务服务,而应用系统只需要管理用户界面,通过分布式服务调用共用业务服务完成具体业务操作。

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1条评论

victor says: 回复

深入浅出。

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