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說說大型高并發高負載網站的系統架構

我在Cernet做過撥號接入平臺的搭建，而后在Yahoo3721負載搜索引擎前端平臺開發，又在貓撲處理過大型社區貓撲大雜燴的架構升級等工作，同時自己接觸和開發過不少大中型網站的模塊，因此在大型網站應對高負載和并發的解決方案上有一些積累和經驗，可以和大家一起探討一下。

一個小型的網站，比如個人網站，可以使用最簡單的html靜態頁面就實現了，配合一些圖片達到美化效果，所有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，隨著互聯網業務的不斷豐富，網站相關的技術經過這些年的發展，已經細分到很細的方方面面，尤其對于大型網站來說，所采用的技術更是涉及面非常廣，從硬件到軟件、編程語言、數據庫、WebServer、防火墻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，比如門戶網站。在面對大量用戶訪問、高并發請求方面，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。但是除了這幾個方面，還沒法根本解決大型網站面臨的高負載和高并發問題。

上面提供的幾個解決思路在一定程度上也意味著更大的投入，并且這樣的解決思路具備瓶頸，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說說我的一些經驗。

1、HTML靜態化

其實大家都知道，效率最高、消耗最小的就是純靜態化的html頁面，所以我們盡可能使我們的網站上的頁面采用靜態頁面來實現，這個最簡單的方法其實也是最有效的方法。但是對于大量內容并且頻繁更新的網站，我們無法全部手動去挨個實現，于是出現了我們常見的信息發布系統CMS，像我們常訪問的各個門戶站點的新聞頻道，甚至他們的其他頻道，都是通過信息發布系統來管理和實現的，信息發布系統可以實現最簡單的信息錄入自動生成靜態頁面，還能具備頻道管理、權限管理、自動抓取等功能，對于一個大型網站來說，擁有一套高效、可管理的CMS是必不可少的。

除了門戶和信息發布類型的網站，對于交互性要求很高的社區類型網站來說，盡可能的靜態化也是提高性能的必要手段，將社區內的帖子、文章進行實時的靜態化，有更新的時候再重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。

同時，html靜態化也是某些緩存策略使用的手段，對于系統中頻繁使用數據庫查詢但是內容更新很小的應用，可以考慮使用html靜態化來實現，比如論壇中論壇的公用設置信息，這些信息目前的主流論壇都可以進行后臺管理并且存儲再數據庫中，這些信息其實大量被前臺程序調用，但是更新頻率很小，可以考慮將這部分內容進行后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。

2、圖片服務器分離

大家知道，對于Web服務器來說，不管是Apache、IIS還是其他容器，圖片是最消耗資源的，于是我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采用的策略，他們都有獨立的圖片服務器，甚至很多臺圖片服務器。這樣的架構可以降低提供頁面訪問請求的服務器系統壓力，并且可以保證系統不會因為圖片問題而崩潰，在應用服務器和圖片服務器上，可以進行不同的配置優化，比如apache在配置ContentType的時候可以盡量少支持，盡可能少的LoadModule，保證更高的系統消耗和執行效率。

3、數據庫集群和庫表散列

大型網站都有復雜的應用，這些應用必須使用數據庫，那么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無法滿足應用，于是我們需要使用數據庫集群或者庫表散列。

在數據庫集群方面，很多數據庫都有自己的解決方案，Oracle、Sybase等都有很好的方案，常用的MySQL提供的Master/Slave也是類似的方案，您使用了什么樣的DB，就參考相應的解決方案來實施即可。

上面提到的數據庫集群由于在架構、成本、擴張性方面都會受到所采用DB類型的限制，于是我們需要從應用程序的角度來考慮改善系統架構，庫表散列是常用并且最有效的解決方案。我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，不同的模塊對應不同的數據庫或者表，再按照一定的策略對某個頁面或者功能進行更小的數據庫散列，比如用戶表，按照用戶ID進行表散列，這樣就能夠低成本的提升系統的性能并且有很好的擴展性。sohu的論壇就是采用了這樣的架構，將論壇的用戶、設置、帖子等信息進行數據庫分離，然后對帖子、用戶按照板塊和ID進行散列數據庫和表，最終可以在配置文件中進行簡單的配置便能讓系統隨時增加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，很多地方用到緩存。網站架構和網站開發中的緩存也是非常重要。這里先講述最基本的兩種緩存。高級和分布式的緩存在后面講述。
架構方面的緩存，對Apache比較熟悉的人都能知道Apache提供了自己的緩存模塊，也可以使用外加的Squid模塊進行緩存，這兩種方式均可以有效的提高Apache的訪問響應能力。
網站程序開發方面的緩存，Linux上提供的Memory Cache是常用的緩存接口，可以在web開發中使用，比如用Java開發的時候就可以調用MemoryCache對一些數據進行緩存和通訊共享，一些大型社區使用了這樣的架構。另外，在使用web語言開發的時候，各種語言基本都有自己的緩存模塊和方法，PHP有Pear的Cache模塊，Java就更多了，.net不是很熟悉，相信也肯定有。

5、鏡像

鏡像是大型網站常采用的提高性能和數據安全性的方式，鏡像的技術可以解決不同網絡接入商和地域帶來的用戶訪問速度差異，比如ChinaNet和EduNet之間的差異就促使了很多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，這里不闡述太深，有很多專業的現成的解決架構和產品可選。也有廉價的通過軟件實現的思路，比如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并發請求采用的終極解決辦法。
負載均衡技術發展了多年，有很多專業的服務提供商和產品可以選擇，我個人接觸過一些解決方法，其中有兩個架構可以給大家做參考。

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或其他協議。這些業務在物理服務器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。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，有一些知名的產品可以選擇，比如Alteon、F5等，這些產品很昂貴，但是物有所值，能夠提供非常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。

軟件四層交換

大家知道了硬件四層交換機的原理后，基于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。但是滿足一定量的壓力還是游刃有余的，有人說軟件實現方式其實更靈活，處理能力完全看你配置的熟悉能力。
軟件四層交換我們可以使用Linux上常用的LVS來解決，LVS就是Linux Virtual Server，他提供了基于心跳線heartbeat的實時災難應對解決方案，提高系統的魯棒性，同時可供了靈活的虛擬VIP配置和管理功能，可以同時滿足多種應用需求，這對于分布式的系統來說必不可少。

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集群，這種思路在很多大型網站包括搜索引擎上被采用，這樣的架構低成本、高性能還有很強的擴張性，隨時往架構里面增減節點都非常容易。這樣的架構我準備空了專門詳細整理一下和大家探討。

對于大型網站來說，前面提到的每個方法可能都會被同時使用到，我這里介紹得比較淺顯，具體實現過程中很多細節還需要大家慢慢熟悉和體會，有時一個很小的squid參數或者apache參數設置，對于系統性能的影響就會很大，希望大家一起討論，達到拋磚引玉之效。

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