域名到站點的負載均衡技術學習總結
目錄
域名到站點的負載均衡技術一覽
一、問題域
二、上面那些名詞都是什麼概念
三、接入層技術演進
【裸奔時代單機架構】
【DNS輪詢】
【nginx】
【高可用方案keepalived】
【垂直擴容方案 lvs/f5】
【水準擴容方案DNS輪詢】
一、問題域
nginx、lvs、keepalived、f5、DNS輪詢，往往讨論的是接入層的這樣幾個問題：
1）可用性：任何一台機器挂了，服務受不受影響
2）擴充性：能否通過增加機器，擴充系統的性能
3）反向代理+負載均衡：請求是否均勻分攤到後端的操作單元執行
二、上面那些名詞都是什麼概念
1）nginx：一個高性能的web-server和實施反向代理的軟體
2）lvs：Linux Virtual Server，使用叢集技術，實作在linux作業系統層面的一個高性能、高可用、負載均衡伺服器
3）keepalived：一款用來檢測服務狀态存活性的軟體，常用來做高可用
4）f5：一個高性能、高可用、負載均衡的硬體裝置
5）DNS輪詢：通過在DNS-server上對一個域名設定多個ip解析，來擴充web-server性能及實施負載均衡的技術
三、接入層技術演進
【裸奔時代單機架構】
裸奔時代的架構圖如上：
1）浏覽器通過DNS-server，域名解析到ip
2）浏覽器通過ip通路web-server
缺點：
1）非高可用，web-server挂了整個系統就挂了
2）擴充性差，當吞吐量達到web-server上限時，無法擴容
注：單機不涉及負載均衡的問題
【DNS輪詢】
假設tomcat的吞吐量是1000次每秒，當系統總吞吐量達到3000時，如何擴容是首先要解決的問題，DNS輪詢是一個很容易想到的方案：
此時的架構圖如上：
1）多部署幾份web-server，1個tomcat抗1000，部署3個tomcat就能抗3000
2）在DNS-server層面，域名每次解析到不同的ip
優點：
1）零成本：在DNS-server上多配幾個ip即可，功能也不收費
2）部署簡單：多部署幾個web-server即可，原系統架構不需要做任何改造
3）負載均衡：變成了多機，但負載基本是均衡的
缺點：
1）非高可用：DNS-server隻負責域名解析ip，這個ip對應的服務是否可用，DNS-server是不保證的，假設有一個web-server挂了，部分服務會受到影響
2）擴容非實時：DNS解析有一個生效周期
3）暴露了太多的外網ip
【nginx】
tomcat的性能較差，但nginx作為反向代理的性能就強多了，假設線上跑到1w，就比tomcat高了10倍，可以利用這個特性來做擴容：
此時的架構圖如上：
1）站點層與浏覽器層之間加入了一個反向代理層，利用高性能的nginx來做反向代理
2）nginx将http請求分發給後端多個web-server
優點：
1）DNS-server不需要動
2）負載均衡：通過nginx來保證
3）隻暴露一個外網ip，nginx->tomcat之間使用内網通路
4）擴容實時：nginx内部可控，随時增加web-server随時實時擴容
5）能夠保證站點層的可用性：任何一台tomcat挂了，nginx可以将流量遷移到其他tomcat
缺點：
1）時延增加+架構更複雜了：中間多加了一個反向代理層
2）反向代理層成了單點，非高可用
【高可用方案keepalived】
為了解決高可用的問題，keepalived出場了：
此時：
1）做兩台nginx組成一個叢集，分别部署上keepalived，設定成相同的虛IP，保證nginx的高可用
2）當一台nginx挂了，keepalived能夠探測到，并将流量自動遷移到另一台nginx上，整個過程對調用方透明。
優點：
1）解決了高可用的問題
缺點：
1）資源使用率隻有50%
2）nginx仍然是接入單點，如果接入吞吐量超過的nginx的性能上限怎麼辦，例如qps達到了50000呢？
【垂直擴容方案 lvs/f5】
nginx畢竟是軟體，性能比tomcat好，但總有個上限，超出了上限，還是扛不住。
lvs就不一樣了，它實施在作業系統層面；f5的性能又更好了，它實施在硬體層面；它們性能比nginx好很多，例如每秒可以抗10w，這樣可以利用他們來擴容，常見的架構圖如下：
此時：
1）如果通過nginx可以擴充多個tomcat一樣，可以通過lvs來擴充多個nginx
2）通過keepalived+VIP的方案可以保證可用性
多數的公司到這一步基本就能解決接入層高可用、擴充性、負載均衡的問題。
好吧，不管是使用lvs還是f5，這些都是scale up(垂直擴充)的方案，根本上，lvs/f5還是會有性能上限，假設每秒能處理10w的請求，一天也隻能處理80億的請求（10w秒吞吐量*8w秒），那萬一系統的日PV超過80億怎麼辦呢？
【水準擴容方案DNS輪詢】
水準擴充，才是解決性能問題的根本方案，能夠通過加機器擴充性能的方案才具備最好的擴充性。
facebook，google，baidu的PV是不是超過80億呢，它們的域名隻對應一個ip麼，還是得通過DNS輪詢來進行擴容：
此時：
1）通過DNS輪詢來線性擴充入口lvs層的性能
2）通過keepalived來保證高可用
3）通過lvs來擴充多個nginx
4）通過nginx來做負載均衡，業務七層路由
四、總結
稍微做一個簡要的總結：
1）接入層架構要考慮的問題域為：高可用、擴充性、反向代理+擴充均衡
2）nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解決高可用、擴充性、反向代理+擴充均衡的問題
3）水準擴充scale out是解決擴充性問題的根本方案，DNS輪詢是不能完全被nginx/lvs/f5所替代的