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我对网站高并发的理解

技术分享 阿尤 1111浏览 0评论
Web2.0的兴起,掀起了互联网新一轮的网络创业大潮。以用户为导向的新网站建设概念,细分了网站功能和用户群,不仅成功的造就了一大批新生的网站,也极大的方便了上网的人们。但Web2.0以用户为导向的理念,使得新生的网站有了新的特点——高并发,高流量,数据量大,逻辑复杂等,对网站建设也提出了新的要求。
    本文围绕高并发高流量的网站架构设计问题,主要研究讨论了以下内容: 

    首先在整个网络的高度讨论了使用镜像网站,CDN内容分发网络等技术对负载均衡带来的便利及各自的优缺点比较。然后在局域网层次对第四层交换技术,包括硬件解决方案F5和软件解决方案LVS,进行了简单的讨论。接下来在单服务器层次,本文着重讨论了单台服务器的Socket优化,硬盘级缓存技术,内存级缓存技术,CPU与IO平衡技术(即以运算为主的程序与以数据读写为主的程序搭配部署),读写分离技术等。在应用层,本文介绍了一些大型网站常用的技术,以及选择使用该技术的理由。最后,在架构的高度讨论了网站扩容,容错等问题。

本文以理论与实践相结合的形式,结合作者实际工作中得到的经验,具有较广泛的适用性。

1 引言

1.1 互联网的发展
最近十年间,互联网已经从一个单纯的用于科研的,用来传递静态文档的美国内部网络,发展成了一个应用于各行各业的,传送着海量多媒体及动态信息的全球网络。从规模上看,互联网在主机数、带宽、上网人数等方面几乎一直保持着指数增长的趋势,2006年7月,互联网上共有主机439,286,364台,WWW 站点数量达到 96,854,877个 [1]。全球上网人口在2004 年达到 7 亿 2900万 [2],中国的上网人数在 2006 年 12 月达到了约 1亿3700 万[3]。另一方面,互联网所传递的内容也发生了巨大的变化,早期互联网以静态、文本的公共信息为主要内容,而目前的互联网则传递着大量的动态、多媒体及人性化的信息,人们不仅可以通过 互联网阅读到动态生成的信息,而且可以通过它使用电子商务、即时通信、网上游戏等交互性很强的服务。因此,可以说互联网已经不再仅仅是一个信息共享网络,而已经成为了一个无所不在的交互式服务的平台。 

1.2 互联网网站建设的新趋势

互联网不断扩大的规模,日益增长的用户群,以及web2.0[4]的兴起,对互联网网站建设提出了新的要求: 

高性能和高可扩展性。2000 年 5 月,访问量排名世界第一(统计数据来源[5])的Yahoo [6]声称其日页浏览数达到 6 亿 2500 万,即每秒约 30,000 次HTTP 请求(按每个页面浏览平均产生 4 次请求计算) 。这样大规模的访问量对服务的性能提出了非常高的要求。更为重要的是, 互联网受众的广泛性,使得成功的互联网服务的访问量增长潜力和速度非常大,因此服务系统必须具有非常好的可扩展性,以应付将来可能的服务增长。

支持高度并发的访问。高度并发的访问对服务的存储与并发能力提出了很高的要求,当前主流的超标量和超流水线处理器能处理的并发请求数是有限的,因为随着并发数的上升,进程调度的开销会很快上升。互联网广域网的本质决定了其访问的延迟时间较长,因此一个请求完成时间也较长,按从请求产生到页面下载完成 3 秒计算, Yahoo 在 2000 年 5 月时平均有 90,000 个并发请求。而且对于较复杂的服务,服务器往往要维护用户会话的信息,例如一个互联网网站如果每天有 100 万次用户会话,每次 20分钟的话,那平均同时就会有约 14000 个并发会话。

高可用性。互联网服务的全球性决定了其每天 24 小时都会有用户访问,因此任何服务的停止都会对用户造成影响。而对于电子商务等应用,暂时的服务中止则意味着客户的永久失去及大量的经济损失,例如ebay.com[7]1999 年 6 月的一次 22小时的网站不可访问,对此网站的 380万用户的忠诚度造成巨大影响,使得 Ebay 公司不得不支付了近500万美元用于补偿客户的损失,而该公司的市值同期下降了 40 亿美元[8]。因此,关键互联网应用的可用性要求非常高。

1.3 新浪播客的简介

以YouTube[9]为代表的微视频分享网站近来方兴未艾,仅2006年一年,国内就出现近百家仿YouTube的微视频分享网站[10],试图复制YouTube的成功模式。此类网站可以说是Web2.0概念下的代表网站,具有Web2.0网站所有典型特征:高并发,高流量,数据量大,逻辑复杂,用户分散等等。新浪[11]作为国内最大的门户网站,在2005年成功运作新浪博客的基础上,于2006年底推出了新浪播客服务。新浪播客作为国内门户网站中第一个微视频分享服务的网站,依靠新浪网站及新浪博客的巨大人气资源,在推出后不到半年的时间内,取得了巨大的成功:同类网站中上传视频数量第一、流量增长最快、用户数最多[12],所有这些成绩的取得的背后,是巨大的硬件投入,良好的架构支撑和灵活的应用层软件设计。

2.1 镜像网站技术

镜像网站是指将一个完全相同的站点放到几个服务器上,分别有自己的URL,这些服务器上的网站互相称为镜像网站[13]。镜像网站和主站并没有太大差别,或者可以视为主站的拷贝。镜像网站的好处是:如果不能对主站作正常访问(如服务器故障,网络故障或者网速太慢等),仍能通过镜像服务器获得服务。不便之处是:更新网站内容的时候,需要同时更新多个服务器;需要用户记忆超过一个网址,或需要用户选择访问多个镜像网站中的一个,而用户选择的,不一定是最优的。在用户选择的过程中,缺乏必要的可控性。 

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