php亿级负载技巧_亿级Web系统负载均衡几种实现办法

什么是web负载均衡

做事器集群(Cluster)使得多个做事器节点能够协同事情，根据目的地不同，做事器集群可以分为：

一样平常提到的负载均衡(Load Balance)，是指实现负载均衡集群。
负载均衡实现了横向扩展，避免纵向的升级换代。
本文中的web负载均衡，特指能够分担web要求(http，https等)的负载均衡技能。

基本事理

任何的负载均衡技能都要想办法建立某种一对多的映射机制: 一个要求的入口映射到多个处理要求的节点，从而实现分而治之（Divide and Conquer）。

这种映射机制使得多个物理存在对外表示为一个虚拟的整体，对做事的要求者屏蔽了内部的构造。

采取不同的机制建立映射关系，可以形身分歧的负载均衡技能，常见的包括：a)DNS轮询、b) CDN加速、c) IP负载均衡。

DNS轮询

DNS轮询是最大略的负载均衡办法。
以域名作为访问入口，通过配置多条DNS A记录使得要求可以分配到不同的做事器。

DNS轮询没有快速的康健检讨机制，而且只支持WRR的调度策略导致负载很难“均衡”，常日用于哀求不高的场景。
并且DNS轮询办法直接将做事器的真实地址暴露给用户，不利于做事器安全。

DNS负载均衡技能的实现事理是在DNS做事器中为同一个主机名配置多个IP地址，在应答DNS查询时，DNS做事器对每个查询将以DNS文件中主机记录的IP地址按顺序返回不同的解析结果，将客户真个访问勾引到不同的机器上去，使得不同的客户端访问不同的做事器，从而达到负载均衡的目的。

最早的负载均衡技能是通过DNS来实现的，在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到个中一个地址，从而使得不同的客户访问不同的做事器，达到负载均衡的目的。

DNS负载均衡是一种大略而有效的方法，但是它不能区分做事器的差异，也不能反响做事器确当前运行状态。

CDN

CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)。
通过发布机制将内容同步到大量的缓存节点，并在DNS做事器上进行扩展， 找到里用户最近的缓存节点作为做事供应节点。

由于很难自建大量的缓存节点，以是常日利用CDN运营商的做事。
目前海内的做事商很少，而且按流量计费，价格也比较昂贵。

IP负载均衡

IP负载均衡是基于特定的TCP/IP技能实现的负载均衡，比如NAT、DR、Tunneling等是最常常利用的办法。

IP负载均衡可以利用硬件设备，也可以利用软件实现。
硬件设备的紧张产品是F5-BIG-IP-GTM（简称F5)， 软件产品紧张有LVS、HAProxy、NginX。
个中LVS、HAProxy可以事情在4-7层，NginX事情在7层。

硬件负载均衡设备可以将核心部分做成芯片，性能和稳定性更好，而且商用产品的可管理性、文档和做事都比较好。
唯一的问题便是价格。

软件负载均衡常日是开源软件。
自由度较高，但学习本钱和管理本钱会比较大。

当一个Web系统从日访问量10万逐步增长到1000万，乃至超过1亿的过程中，Web系统承受的压力会越来越大，在这个过程中，我们会碰着很多的问题。
为理解决这些性能压力带来问题，我们须要通过搭建不同的做事和架构来办理。

当单机容量达到极限时，我们须要考虑业务拆分和分布式支配，来办理大型网站访问量大，并发量高，海量数据的问题。
从单机到分布式，很主要的差异是业务拆分和分布式支配，将运用拆分后，支配到不同的机器上，实现大规模分布式系统。

分布式和业务拆分解决了，从集中到分布的问题，但是每个支配的独立业务还存在单点的问题和访问统一入口问题，为办理单点故障，我们可以采纳冗余的办法。
将相同的运用支配到多台机器上。
办理访问统一入口问题，我们可以在集群前面增加负载均衡设备，实现流量分发。

Web负载均衡(Load Balancing)

大略地说便是将负载（事情任务，访问要求）进行平衡、分摊到多个操作单元（做事器，组件）上进行实行。
对付保护处于后真个Web做事器来说，非常主要，是办理高性能，单点故障（高可用），扩展性（水平伸缩）的终极办理方案。

负载均衡的策略有很多，我们从大略的讲起哈。

1、HTTP负载均衡

当用户发来要求的时候，Web做事器通过修正HTTP相应头中的Location标记来返回一个新的url，然后浏览器再连续要求这个新url，实际上便是页面重定向。
通过重定向，来达到“负载均衡”的目标。
例如，我们不才载PHP源码包的时候，点击下载链接时，为理解决不同国家和地域下载速率的问题，它会返回一个离我们近的下载地址。
重定向的HTTP返回码是302，如下图：

如果利用PHP代码来实现这个功能，办法如下：

这个重定向非常随意马虎实现，并且可以自定义各种策略。
但是，在大规模访问量下，性能不佳。
而且，给用户的体验也不好，实际要求发生重定向，增加了网络延时。

2、反向代理负载均衡

参考：反向代理-银行系统利用，在防火墙表面放代理做事器，在防火墙里面放上真正的内容做事器

反向代理做事的核心事情紧张是转发HTTP要求，扮演了浏览器端和后台Web做事器中转的角色。
由于它事情在HTTP层(运用层)，也便是网络七层构造中的第七层，因此也被称为“七层负载均衡”。
可以做反向代理的软件很多，比较常见的一种是Nginx。

Nginx是一种非常灵巧的反向代理软件，可以自由定制化转发策略，分配做事器流量的权重等。
反向代理中，常见的一个问题，便是Web做事器存储的session数据，由于一样平常负载均衡的策略都是随机分配要求的。

同一个登任命户的要求，无法担保一定分配到相同的Web机器上，会导致无法找到session的问题。
办理方案紧张有两种：

反向代理做事，也是可以开启缓存的，如果开启了，会增加反向代理的包袱，须要谨慎利用。
这种负载均衡策略实现和支配非常大略，而且性能表现也比较好。
但是，它有“单点故障”的问题，如果挂了，会带来很多的麻烦。
而且，到了后期Web做事器连续增加，它本身可能成为系统的瓶颈。

3、DNS负载均衡

DNS(Domain Name System)卖力域名解析的做事，域名url实际上是做事器的别名，实际映射是一个IP地址，解析过程，便是DNS完成域名到IP的映射。
而一个域名是可以配置成对应多个IP的。
因此，DNS也就可以作为负载均衡做事。

这种负载均衡策略，配置大略，性能极佳。
但是，不能自由定义规则，而且，变更被映射的IP或者机器故障时很麻烦，还存在DNS生效延迟的问题。

4、CDN内容分发网络 (DNS /GSLB负载均衡)

参考：CDN加速-内容分发网络。
我们常用的CDN(内容分发网络)实现办法，实在便是在同一个域名映射为多IP的根本上更进一步，通过GSLB（Global Server Load Balance，全局负载均衡）按照指定规则映射域名的IP。
一样平常情形下都是按照地理位置，将离用户近的IP返回给用户，减少网络传输中的路由节点之间的跳跃花费。

图中的“向上探求”，实际过程是LDNS（Local DNS）先向根域名做事（Root Name Server）获取到顶级根的Name Server（例如.com的），然后得到指定域名的授权DNS，然后再得到实际做事器IP。

CDN在Web系统中，一样平常情形下是用来办理大小较大的静态资源（html/Js/Css/图片等）的加载问题，让这些比较依赖网络下载的内容，尽可能离用户更近，提升用户体验。

例如，我访问了一张imgcache.gtimg.cn上的图片（腾讯的自建CDN，不该用qq.com域名的缘故原由是防止http要求的时候，带上了多余的cookie信息），我得到的IP是183.60.217.90。

这种办法，和前面的DNS负载均衡一样，不仅性能极佳，而且支持配置多种策略。
但是，搭建和掩护本钱非常高。
互联网一线公司，会自建CDN做事，中小型公司一样平常利用第三方供应的CDN。

IP负载均衡做事是事情在网络层（修正IP）和传输层（修正端口，第四层），比起事情在运用层（第七层）性能要赶过非常多。
事理是，他是对IP层的数据包的IP地址和端口信息进行修正，达到负载均衡的目的。
这种办法，也被称为“四层负载均衡”。
常见的负载均衡办法，是LVS（Linux Virtual Server，Linux虚拟做事），通过IPVS（IP Virtual Server，IP虚拟做事）来实现。

在负载均衡做事器收到客户真个IP包的时候，会修正IP包的目标IP地址或端口，然后原封不动地投递到内部网络中，数据包会流入到实际Web做事器。
实际做事器处理完成后，又会将数据包投递回给负载均衡做事器，它再修正目标IP地址为用户IP地址，终极回到客户端。

上述的办法叫LVS-NAT，除此之外，还有LVS-RD（直接路由），LVS-TUN（IP隧道），三者之间都属于LVS的办法，但是有一定的差异，篇幅问题，不赘叙。

IP负载均衡的性能要赶过Nginx的反向代理很多，它只处理到传输层为止的数据包，并不做进一步的组包，然后直接转发给实际做事器。
不过，它的配置和搭建比较繁芜。