域名到站点的负载均衡技术一览

一、问题域

nginx、lvs、keepalived、f5、DNS轮询,往往讨论的是接入层的这样几个问题:

1)可用性:任何一台机器挂了,服务受不受影响

2)扩展性:能否通过增加机器,扩充系统的性能

3)反向代理+负载均衡:请求是否均匀分摊到后端的操作单元执行

二、上面那些名词都是什么概念

1)nginx:一个高性能的web-server和实施反向代理的软件

2)lvs:Linux Virtual Server,使用集群技术,实现在linux操作系统层面的一个高性能、高可用、负载均衡服务器

3)keepalived:一款用来检测服务状态存活性的软件,常用来做高可用

4)f5:一个高性能、高可用、负载均衡的硬件设备

5)DNS轮询:通过在DNS-server上对一个域名设置多个ip解析,来扩充web-server性能及实施负载均衡的技术 

三、接入层技术演进

【裸奔时代单机架构】

裸奔时代的架构图如上:

1)浏览器通过DNS-server,域名解析到ip

2)浏览器通过ip访问web-server

缺点

1)非高可用,web-server挂了整个系统就挂了

2)扩展性差,当吞吐量达到web-server上限时,无法扩容

注:单机不涉及负载均衡的问题 

【DNS轮询】

假设tomcat的吞吐量是1000次每秒,当系统总吞吐量达到3000时,如何扩容是首先要解决的问题,DNS轮询是一个很容易想到的方案:


此时的架构图如上:

1)多部署几份web-server,1个tomcat抗1000,部署3个tomcat就能抗3000

2)在DNS-server层面,域名每次解析到不同的ip

优点

1)零成本:在DNS-server上多配几个ip即可,功能也不收费

2)部署简单:多部署几个web-server即可,原系统架构不需要做任何改造

3)负载均衡:变成了多机,但负载基本是均衡的

缺点

1)非高可用:DNS-server只负责域名解析ip,这个ip对应的服务是否可用,DNS-server是不保证的,假设有一个web-server挂了,部分服务会受到影响

2)扩容非实时:DNS解析有一个生效周期

3)暴露了太多的外网ip

【nginx】

tomcat的性能较差,但nginx作为反向代理的性能就强多了,假设线上跑到1w,就比tomcat高了10倍,可以利用这个特性来做扩容:


此时的架构图如上:

1)站点层与浏览器层之间加入了一个反向代理层,利用高性能的nginx来做反向代理

2)nginx将http请求分发给后端多个web-server

优点

1)DNS-server不需要动

2)负载均衡:通过nginx来保证

3)只暴露一个外网ip,nginx->tomcat之间使用内网访问

4)扩容实时:nginx内部可控,随时增加web-server随时实时扩容

5)能够保证站点层的可用性:任何一台tomcat挂了,nginx可以将流量迁移到其他tomcat

缺点

1)时延增加+架构更复杂了:中间多加了一个反向代理层

2)反向代理层成了单点,非高可用 

【高可用方案keepalived】

为了解决高可用的问题,keepalived出场了:

此时:

1)做两台nginx组成一个集群,分别部署上keepalived,设置成相同的虚IP,保证nginx的高可用

2)当一台nginx挂了,keepalived能够探测到,并将流量自动迁移到另一台nginx上,整个过程对调用方透明。


优点

1)解决了高可用的问题

缺点

1)资源利用率只有50%

2)nginx仍然是接入单点,如果接入吞吐量超过的nginx的性能上限怎么办,例如qps达到了50000呢?

【垂直扩容方案 lvs/f5】

nginx毕竟是软件,性能比tomcat好,但总有个上限,超出了上限,还是扛不住。

lvs就不一样了,它实施在操作系统层面;f5的性能又更好了,它实施在硬件层面;它们性能比nginx好很多,例如每秒可以抗10w,这样可以利用他们来扩容,常见的架构图如下:

此时:

1)如果通过nginx可以扩展多个tomcat一样,可以通过lvs来扩展多个nginx

2)通过keepalived+VIP的方案可以保证可用性

多数的公司到这一步基本就能解决接入层高可用、扩展性、负载均衡的问题。

好吧,不管是使用lvs还是f5,这些都是scale up(垂直扩展)的方案,根本上,lvs/f5还是会有性能上限,假设每秒能处理10w的请求,一天也只能处理80亿的请求(10w秒吞吐量*8w秒),那万一系统的日PV超过80亿怎么办呢?

【水平扩容方案DNS轮询】

水平扩展,才是解决性能问题的根本方案,能够通过加机器扩充性能的方案才具备最好的扩展性。

facebook,google,baidu的PV是不是超过80亿呢,它们的域名只对应一个ip么,还是得通过DNS轮询来进行扩容

此时:

1)通过DNS轮询来线性扩展入口lvs层的性能

2)通过keepalived来保证高可用

3)通过lvs来扩展多个nginx

4)通过nginx来做负载均衡,业务七层路由

四、总结

稍微做一个简要的总结:

1)接入层架构要考虑的问题域为:高可用、扩展性、反向代理+扩展均衡

2)nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解决高可用、扩展性、反向代理+扩展均衡的问题

3)水平扩展scale out是解决扩展性问题的根本方案,DNS轮询是不能完全被nginx/lvs/f5所替代的

 

 

 

posted @ 2017-02-16 16:35 wade&luffy 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏