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高性能负载均衡之分类架构

  • 齐发app网页版
  • 2019-03-01
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简介今天跟大家分享一下关于高性能负载均衡的分类架构相关的知识。当然了,首先要强调一点,并不是所有的项目一开始就要求高性能的。前面我也提到过。如果不是太清楚的可以参考这篇文章:架构设计之六个

今天跟大家分享一下关于高性能负载均衡的分类架构相关的知识。

当然了,首先要强调一点,并不是所有的项目一开始就要求高性能的。前面我也提到过。如果不是太清楚的可以参考这篇文章:架构设计之六个复杂度来源

下面进入正题,说说高性能负载均衡之分类架构。

单服务器无论如何优化,无论采用多好的硬件,总会有一个性能天花板,单服务器的性能无法满足业务需求时,就需要设计高性能集群来提升系统整体的处理性能。

高性能集群的本质很简单,通过增加更多的服务器来提升系统整体的计算能力。由于计算机本身存在一个特点:同样的输入数据和逻辑,无论在哪台服务器上执行,都应该得到相同的输出。因此高性能集群设计的复杂度主要体现在任务分配上,如何保障任务的正常分配人,如何保障用户访问时不会因为因为某种原因出现错误影响服务,这就需要设计合理的任务分配策略,将计算任务分配到多台服务器上执行。

 

高性能集群的复杂性主要体现在需要增加一个任务分配器,以及为任务选择一个合适的任务分配算法。

对于任务分配器,现在更流行的叫法是“负载均衡器”。但这个名称有一定的误导性,个人觉得任务分配器更形象具体。

之所以觉得叫"负载均衡器"有一定的误导性,是因为任务分配不仅仅只是考虑计算单元的负载均衡,不同的任务分配算法目标是不一样的,有的基于负载考虑,有的基于性能(吞吐量、响应时间)考虑,有的基于业务考虑。考虑“负载均衡”已经成为了事实上的标准术语,这里我也用“负载均衡”来代替“任务分配”,但请时刻记住负载均衡不只是为了计算单元的负载达到的均衡状态。

 

一、负载均衡分类架构

常用的负载均衡系统包括3种:DNS负载均衡、硬件负载均衡和软件负载均衡。

负载均衡的分类架构我在前面一篇文章中说过,那篇文章叫做谈谈CDN,当然了,那个着重于CDN,对于负载均衡仅仅只是一个简单讲解,今天的这篇文章从某个角度看是对前面的补充和完善。

 

1.DNS负载均衡

DNS是最简单也是最常见的负载均衡方式,一般用来实现地理级别的均衡。

比如,北方的用户访问北京的机房,南方的用户访问深圳的机房。

DNS负载均衡也可以叫做链路负载均衡,示意图如下:

 

DNS负载均衡实现简单、成本低,但也存在粒度太粗、负载均衡算法少等缺点。仔细分析一下优缺点。

 

其优点有:

(1)简单、成本低:负载均衡工作交给DNS服务器处理,无需自己开发或者维护负载均衡设备;

(2)就近访问,提升访问速度:DNS解析距离用户最近的服务器地址,可以加快访问速度,改善性能

 

其缺点有:

(1)更新不及时:DNS缓存的时间比较长,修改DNS配置后,由于缓存的原因,还是有很多用户会继续访问修改前的IP,这样的访问会失败,达不到负载均衡的目的,并且也会影响用户正常使用业务

(2)扩展性差:DNS负载均衡的控制权在域名商那里,无法根据业务特点针对其做更多的定制化功能和扩展特性

(3)分配策略比较简单:

a.DNS负载均衡支持算法少;

b.不能区分服务器的差异(不能根据系统与服务的状态来判断负载)

c.也无法感知后端服务器的状态

 

针对DNS负载均衡的一些缺点,对于延时和故障敏感的业务,有一些公司自己实现了HTTP-DNS的功能,即使用HTTP协议实现一个私有的DNS系统。这样的方案和通用的DNS优缺点正好相反。

 

2.硬件负载均衡

硬件负载均衡是通过单独的硬件设备来实现负载均衡功能,这类设备和路由器、交换机类似,可以理解为一个用于负载均衡的基础网络设备。目前业界典型的硬件负载均衡设备有两款:F5和A10。这类设备性能强劲、功能强大,但价格都不便宜,一般只有“土豪”公司才会考虑使用此类设备。普通业务量级的公司一是负担不起,而是业务量没达到,没有必要为此浪费。

硬件负载均衡,如图所示:

 

硬件负载均衡也有其优缺点,分析如下:

其优点:

(1)功能强大:全面支持各层级的负载均衡,支持全面的负载均衡算法,支持全局负载均衡;

(2)性能强大,对比一下,软件负载均衡支持到10万级并发已经很厉害了,硬件负载均衡可以支持100万以上的并发;

(3)稳定性高:商用硬件负载均衡,经过良好的严格测试,经过大规模使用,稳定性高;

(4)支持安全防护:硬件均衡设备除具备负载均衡功能外,还具备防火墙、防DDOS攻击等安全功能;

 

其缺点:

(1)价格安昂贵:最普通的一台F5就是一台“马6”,好一点的就是“Q7”;

(2)扩展能力差:硬件设备,可以根据业务进行配置,但无法进行扩展和定制;

 

3.软件负载均衡

软件负载均衡通过负载均衡软件来实现负载均衡功能,常见的有Nginx和LVS,其中Nginx是软件的7层负载均衡,LVS是Linux内核的4层负载均衡。4层和7层的区别就在于协议和灵活性,Nginx支持HTTP、E-mail协议;而LVS是4层负载均衡,和协议无关,几乎所有应用都可以做,例如聊天、数据库等。

软件和硬件的最主要区别就在于性能,硬件负载均衡性能远远高于软件负载均衡性能。Nginx的性能是万级,一般的Linux服务器上装一个Nginx大概能到5万/秒;LVS的性能是十万级,据说可达到80万/秒;而F5性能是百万级,从200万/秒到800万/秒都有。

关于F5相关的信息,大家通过这个链接对F5有一个大概的了解:http://www.bjdj-info.com/index.php/chandetail/chandetail/datcid/163/flag1/180.html

当然了,除了这个之外,业界也有不少对Nginx这样的高性能Web服务器进行改造以使其达到期望值。

关于软件负载均衡图,如下所示:

 

软件负载均衡的优缺点如下。

 

其优点:

(1)简单:无论是部署还是维护都比较简单;

(2)便宜:只要买个Linux服务器,装上软件即可;

(3)灵活:4层和7层负载均衡可以根据业务进行选择,也可以根据业务进行比较方便的扩展,例如可以通过Nginx的插件来实现业务的定制化功能;

 

其缺点(这个缺点主要是和硬件负载均衡进行对比,当然了,并不是说软件负载均衡没法用):

(1)性能一般:一个Nginx大约支撑5万并发;

(2)功能没有硬件负载均衡那么强大;

(3)一般不具备防火墙和防DDOS功能等安全功能;

 

二、如何在实际中运用

上述三种负载均衡的分类架构,各有自己的所长,其实可以遵循一个组合原则来使用它们。

比如,DNS负载均衡用于实现地理级别的负载均衡;硬件负载均衡可以实现集群级别的负载均衡;软件负载均衡用于实现机器级别的负载均衡。

以我公司目前来看,主要采用的还是软件负载均衡,仅仅只是靠着阿里云的那几台机器来支撑着,当然了这对于目前而言已经足够了。

其实实际中运用,还是取决于业务吧,想博客论坛这种,如果你的博客论坛做的很不错每天几十万访问量,如果不做上述的架构规划,会影响用户的使用体验,从而降低用户粘性。

如果你的项目仅仅只是一个适合某个特定领域,使用人群每天最多也就100人,个人觉得保险起见两台机器就足够的。

 

小结:

本文着重将负载均衡的架构分类,有示例也有图,同时也有理论方面的。之所以想到写了这个也是看了李运华先生的《从0开始学架构》。另外我觉得看这个专栏的方式,最好还是挑自己喜欢感兴趣的看,然后做点笔记顺便根据它里面的问题做个研究。我觉得这样一来可以提高自己的兴趣,二来动了脑子可以将知识转化为身体的一部分。本人还是挺信奉一句名言,“知识就是力量”。

希望这篇文章能够给读者们带来帮助,谢谢一直关注我的朋友们。

 

参考资料:

李运华专栏《从0开始学架构》

许令波《深入分析JavaWeb技术内幕》

说说CDN:https://www.cnblogs.com/youcong/p/9607448.html

 

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