大型网站架构负载均衡详解 _架构

一、软件负载均衡概述硬件负载均衡性能优越，功能全面，但是价格昂贵，一般适合初期或者土豪级公司长期使用。因此软件负载均衡在互联网领域大量使用。常用的软件负载均衡软件有Nginx ， Lvs ， HaProxy等。本文参考大量文档，部分为直接拷贝，参考出处见负载均衡详解（4）。
二、Ngnix负载均衡Ngnix是一款轻量级的Web服务器/反向代理服务器，工作在七层Http协议的负载均衡系统。具有高性能、高并发、低内存使用等特点。是一个轻量级的Http和反向代理服务器。Nginx使用epoll and kqueue作为开发模型。能够支持高达 50,000 个并发连接数的响应。
操作系统：Liunx ， windows（linux、FreeBSD、Solaris、mac OS X、AIX以及Microsoft Windows）
开发语言：C
并发性能：官方支持每秒5万并发，实际国内一般到每秒2万并发，有优化到每秒10万并发的。具体性能看应用场景。
2.1.特点1.模块化设计：良好的扩展性，可以通过模块方式进行功能扩展。
2.高可靠性：主控进程和worker是同步实现的，一个worker出现问题，会立刻启动另一个worker 。
3.内存消耗低：一万个长连接（keep-alive）,仅消耗2.5MB内存。
4.支持热部署：不用停止服务器，实现更新配置文件，更换日志文件、更新服务器程序版本。
5.并发能力强：官方数据每秒支持5万并发；
6.功能丰富：优秀的反向代理功能和灵活的负载均衡策略
2.2.功能2.2.1基本功能

支持静态资源的web服务器。
http,smtp,pop3协议的反向代理服务器、缓存、负载均衡；
支持FASTCGI（fpm）
支持模块化，过滤器（让文本可以实现压缩，节约带宽）,ssl及图像大小调整。
内置的健康检查功能
基于名称和ip的虚拟主机
定制访问日志
支持平滑升级
支持KEEPALIVE
支持url rewrite
支持路径别名
支持基于IP和用户名的访问控制。
支持传输速率限制，支持并发数限制。

2.2.2扩展功能
2.2.3性能
Nginx的高并发，官方测试支持5万并发连接。实际生产环境能到2-3万并发连接数。10000个非活跃的HTTP keep-alive 连接仅占用约2.5MB内存。三万并发连接下， 10个Nginx进程，消耗内存150M 。淘宝tengine团队测试结果是“24G内存机器上，处理并发请求可达200万” 。
2.3架构2.3.1Nginx的基本工作模式

文章插图

一个master进程，生成一个或者多个worker进程。但是这里master是使用root身份启动的，因为nginx要工作在80端口。而只有管理员才有权限启动小于低于1023的端口。master主要是负责的作用只是启动worker ，加载配置文件，负责系统的平滑升级。其它的工作是交给worker 。那么当worker被启动之后，也只是负责一些web最简单的工作，而其他的工作都是有worker中调用的模块来实现的。
模块之间是以流水线的方式实现功能的。流水线，指的是一个用户请求，由多个模块组合各自的功能依次实现完成的。比如：第一个模块只负责分析请求首部，第二个模块只负责查找数据，第三个模块只负责压缩数据，依次完成各自工作。来实现整个工作的完成。
他们是如何实现热部署的呢？其实是这样的，我们前面说master不负责具体的工作，而是调用worker工作，他只是负责读取配置文件，因此当一个模块修改或者配置文件发生变化，是由master进行读取，因此此时不会影响到worker工作。在master进行读取配置文件之后，不会立即的把修改的配置文件告知worker 。而是让被修改的worker继续使用老的配置文件工作，当worker工作完毕之后，直接当掉这个子进程，更换新的子进程，使用新的规则。
2.3.2Nginx支持的sendfile机制
Sendfile机制，用户将请求发给内核，内核根据用户的请求调用相应用户进程，进程在处理时需要资源。此时再把请求发给内核（进程没有直接IO的能力），由内核加载数据。内核查找到数据之后，会把数据复制给用户进程，由用户进程对数据进行封装，之后交给内核，内核在进行tcp/ip首部的封装，最后再发给客户端。这个功能用户进程只是发生了一个封装报文的过程，却要绕一大圈。因此nginx引入了sendfile机制，使得内核在接受到数据之后，不再依靠用户进程给予封装，而是自己查找自己封装，减少了一个很长一段时间的浪费，这是一个提升性能的核心点。