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從單服務器模式到負載均衡設計

作者：Grey

原文地址：

博客園：從單服務器模式到負載均衡設計

CSDN：從單服務器模式到負載均衡設計

單服務器模型是最簡單的一種架構，參考如下圖

用戶訪問一個 URL，URL 會先到 DNS 服務器進行域名解析，然后返回給客戶端一個 IP 地址，客戶端會通過這個 IP 地址訪問到真正的服務，服務接收到客戶端請求以后，返回對應的 HTML 頁面，就完成了整個過程。

當然，以上是靜態(tài)頁面，相對復雜的應用會配置數(shù)據(jù)庫，架構如下

在選擇數(shù)據(jù)庫的時候，會涉及數(shù)據(jù)庫選型問題，有兩類比較主流的數(shù)據(jù)庫可以選擇，即關系型數(shù)據(jù)庫和非關系型數(shù)據(jù)庫。

關系型數(shù)據(jù)庫也被稱為關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），關系型數(shù)據(jù)庫以表和行來表示和存儲數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢是你可以使用 SQL 語句在不同的數(shù)據(jù)庫表中執(zhí)行連接操作。

非關系型數(shù)據(jù)庫也被稱為 NoSQL 數(shù)據(jù)庫。 一般被歸納為四類：鍵值存儲、圖形存儲、列存儲和文檔存儲。非關系型數(shù)據(jù)庫一般不支持連接操作。

對于大多數(shù)開發(fā)者來說，關系型數(shù)據(jù)庫是最好的選擇，因為它們已經(jīng)存在了40多年且一直運行良好；然而，如果關系型數(shù)據(jù)庫不適合你的特定用例，

比如

• 應用需要超低的延遲。

• 數(shù)據(jù)是非結構化的，或者你沒有任何關系型數(shù)據(jù)。

• 只需要對數(shù)據(jù)進行序列化和反序列化（JSON、XML、YAML等）。

• 需要存儲大量的數(shù)據(jù)

則非關系型數(shù)據(jù)庫可能是正確的選擇。

關系型和非關系型數(shù)據(jù)庫的選型可以參考這個網(wǎng)站：DB-Engines Ranking

隨著用戶數(shù)量增多，單服務架構的設計可能會導致一些問題，比如：

用戶是直接連接到網(wǎng)絡服務器的。如果網(wǎng)絡服務器離線，用戶將無法訪問網(wǎng)站，在另一種情況下，如果許多用戶同時訪問網(wǎng)絡服務器，并達到網(wǎng)絡服務器的負載極限，用戶一般會遇到較慢的響應或無法連接到服務器。

針對這些問題，有兩種主要的思路，分別是：水平擴展和垂直擴展。

垂直擴展，簡言之就是在你的服務器上增加更多的配置，比如 CPU、內存 等資源。

水平擴展，簡言之就是增加更多的服務實例來擴展的服務能力。

當流量較低時，垂直擴展是一個很好的選擇，簡單直接。但是垂直擴展也有嚴重的局限性，因為

• 不可能在一臺服務器上增加無限的 CPU 和內存。

• 垂直擴展不具備故障轉移和冗余功能。如果一臺服務器癱瘓了，整個網(wǎng)站/應用程序就會完全癱瘓。

由于垂直擴展的局限性，水平擴展對于大規(guī)模的應用來說是比較理想的。

水平擴展的一個技術就是負載均衡?？梢员容^好的解決這個問題。架構如下

如圖所示，用戶直接連接到負載均衡器的公共 IP。在這種設置下，網(wǎng)絡服務器已經(jīng)無法被客戶直接訪問。為了提高安全性，服務器之間的通信使用了私有 IP。私有 IP 是一個只能在同一網(wǎng)絡中的服務器之間到達的 IP 地址；但是，它在互聯(lián)網(wǎng)上是無法到達的。負載均衡器通過私有 IP 與網(wǎng)絡服務器進行通信。
在圖中，在添加了一個負載均衡服務器和第二個 Web 服務器后，我們成功地解決了沒有故障轉移的問題，并提高了Web層的可用性。

• 如果服務器1離線，所有的流量將被路由到服務器2。這可以防止網(wǎng)站脫機。我們還將在服務器池中添加一個新的健康的Web服務器，以平衡負載。

• 如果網(wǎng)站流量迅速增長，而兩臺服務器不足以處理這些流量，負載均衡器可以優(yōu)雅地處理這個問題。你只需要向網(wǎng)絡服務器池添加更多的服務器，負載平衡器就會自動開始向它們發(fā)送請求。

參考資料#

System Design Interview