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理解web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載均衡以及反向代理

 更新時(shí)間：2014年04月26日 13:06:56   作者：  
這里的“負(fù)載均衡”是指在網(wǎng)站建設(shè)中應(yīng)該考慮的“負(fù)載均衡”。假設(shè)我們要搭建一個(gè)網(wǎng)站：aaa.me，我們使用的web服務(wù)器每秒能處理100條請(qǐng)求，而aaa.me這個(gè)網(wǎng)站最火的時(shí)候也只是每秒99條請(qǐng)求，那么我們使用一個(gè)服務(wù)器是完全可以的

但是若該網(wǎng)站平均每秒的請(qǐng)求是200多次，那么問(wèn)題就來(lái)了：這已經(jīng)是最好的web服務(wù)器了，我該怎么辦？同樣的情景也適用于數(shù)據(jù)庫(kù)。要解決這種問(wèn)題，就需要了解“負(fù)載均衡”的原理了。

web服務(wù)器如何做負(fù)載均衡

為web服務(wù)器做負(fù)載均衡適用的的較多的方式是DNS重定向和反向代理，其他的方式原理也是很類似。

我們多次ping一下百度，會(huì)發(fā)現(xiàn)回復(fù)的IP會(huì)有所不同，例如第一次的結(jié)果為：

復(fù)制代碼 代碼如下:

正在 Ping baidu.com [220.181.111.86] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來(lái)自 220.181.111.86 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=27ms TTL=51
來(lái)自 220.181.111.86 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=27ms TTL=51
來(lái)自 220.181.111.86 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=27ms TTL=51

過(guò)一會(huì)再Ping一次，結(jié)果可能就變了：
復(fù)制代碼 代碼如下:

正在 Ping baidu.com [220.181.111.85] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來(lái)自 220.181.111.85 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=27ms TTL=51
來(lái)自 220.181.111.85 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=27ms TTL=51
來(lái)自 220.181.111.85 的回復(fù): 字節(jié)=32 時(shí)間=29ms TTL=51

使用nslookup命令可以看到多個(gè)ip與baidu.com對(duì)應(yīng)。在這里用到的就是DNS重定向技術(shù)，原理很簡(jiǎn)單：DNS服務(wù)器保存某域名對(duì)應(yīng)的多個(gè)IP，客戶端發(fā)出DNS請(qǐng)求時(shí)DNS服務(wù)器根據(jù)算法將IP發(fā)回給客戶端；發(fā)送回的一般是一個(gè)IP地址集合，但是每次的排序不同，第一次的第一個(gè)IP為201.11.11.1，第二次的第一個(gè)可能是201.11.11.2，客戶端使用的是第一個(gè)IP——簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是客戶端每次獲取的域名的IP可能不同。不同的IP對(duì)應(yīng)不同的web服務(wù)器，但是這些web服務(wù)器的內(nèi)容應(yīng)該是一樣的。

我們從下圖理解反向代理：



客戶端向反向代理發(fā)送HTTP請(qǐng)求報(bào)文（若該網(wǎng)站有域名，域名的IP是反向代理服務(wù)器的外網(wǎng)IP），反向代理將請(qǐng)求報(bào)文隨機(jī)發(fā)送給一個(gè)web服務(wù)器，web服務(wù)器將HTTP響應(yīng)報(bào)文發(fā)送給反向代理，反向代理再將這報(bào)文返回給客戶端。既然這樣簡(jiǎn)單，我們就可以著手實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的反向代理。

在linux mint 15 下安裝apache和nginx服務(wù)器，在apache的80端口的文檔根目錄下創(chuàng)建文件index.html，內(nèi)容如下：

復(fù)制代碼 代碼如下:

<html>
<head>
<title>index</title>
</head>
<body>
<h1>hello, i am apache</h1>
</body>
</html>

在nginx的8080端口的文檔根目錄下創(chuàng)建文件index.html，內(nèi)容如下：
復(fù)制代碼 代碼如下:

<html>
<head>
<title>index</title>
</head>
<body>
<h1>hello, i am nginx</h1>
</body>
</html>

創(chuàng)建源文件simple_reverse_proxy.py，內(nèi)容如下：
復(fù)制代碼 代碼如下:

#!/usr/bin/python
#-*-encoding:utf8-*-
'''
這是一個(gè)簡(jiǎn)單的反向代理服務(wù)器
'''
import BaseHTTPServer
import urllib2
HOST_NAME = '127.0.0.1'
PORT_NUMBER = 8081  #端口
SERVER_URL=('http://127.0.0.1:80','http://127.0.0.1:8080')
server_choice = 0
class MyHandler(BaseHTTPServer.BaseHTTPRequestHandler):
    def do_GET(s):
        """response to a GET request"""
        global server_choice
        url = SERVER_URL[server_choice]
        print url
        server_choice = (server_choice + 1) % 2
        headers = {'User-Agent': 'Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 5.5; Windows NT)'}
        try:
            req = urllib2.Request(url, None, headers)
            response = urllib2.urlopen(req)
            html = response.read()
            #print html
            s.send_response(200);
            s.send_header("Content-type", "text/html")
            s.end_headers()
            s.wfile.write(html)
        except:
            s.send_response(404);
            s.send_header("Content-type", "text/html")
            s.end_headers()
            s.wfile.write('<h2>404</h2>')
if __name__ == '__main__':
    server_class = BaseHTTPServer.HTTPServer
    httpd = server_class((HOST_NAME, PORT_NUMBER), MyHandler)
    try:
        httpd.serve_forever()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    httpd.server_close()

啟動(dòng)apache、nginx，并運(yùn)行simple_reverse_proxy.py。我們?cè)跒g覽器中打開(kāi)http://127.0.0.1:8081，我們可以看到：


刷新一下可以看到：



而simple_reverse_proxy.py會(huì)有以下信息輸出：
復(fù)制代碼 代碼如下:

bash >> ./simple_reverse_proxy.py
http://127.0.0.1:80
127.0.0.1 - - [05/Sep/2013 19:25:02] "GET / HTTP/1.1" 200 -
http://127.0.0.1:8080
127.0.0.1 - - [05/Sep/2013 19:25:43] "GET / HTTP/1.1" 200 -

當(dāng)然，開(kāi)源世界里已經(jīng)有很多優(yōu)秀的反向代理服務(wù)器了，例如Nginx。

只要理解了反向代理的原理，更復(fù)雜的架構(gòu)也容易去實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)庫(kù)的負(fù)載均衡

對(duì)于大型網(wǎng)站，一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)肯定會(huì)遇到無(wú)法負(fù)擔(dān)大量的讀請(qǐng)求、寫(xiě)請(qǐng)求的情況。那么我們?cè)趺磥?lái)通過(guò)負(fù)載均衡來(lái)實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的讀寫(xiě)請(qǐng)求呢？

這其中一個(gè)很好的方法就是讀寫(xiě)分離：將原本針對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的讀寫(xiě)請(qǐng)求分成讀請(qǐng)求和寫(xiě)請(qǐng)求，向一個(gè)（或者多個(gè)）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)送寫(xiě)請(qǐng)求，向另外一個(gè)（或多個(gè)）服務(wù)器發(fā)送讀請(qǐng)求，這可以明顯的提高響應(yīng)時(shí)間。不過(guò)其中有一個(gè)難點(diǎn)，就是必須保持多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)是一致的，不用擔(dān)心，很多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。下面是一個(gè)架構(gòu)示例：

上圖中其實(shí)有一個(gè)寫(xiě)寫(xiě)沖突的問(wèn)題，想象以下場(chǎng)景：

該系統(tǒng)用于存放某網(wǎng)站的用戶注冊(cè)信息，該網(wǎng)站不允許用戶名相同，且以用戶名為唯一主鍵，所以在單數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)中必須涉及到事務(wù)的處理?，F(xiàn)在在這個(gè)負(fù)載均衡的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)中，用戶A要注冊(cè)用戶名為xiaoming，這個(gè)寫(xiě)請(qǐng)求分配給了db server 1；與此同時(shí)用戶B同樣注冊(cè)用戶名xiaoming，如果寫(xiě)請(qǐng)求分配給了db server1，就不會(huì)有問(wèn)題發(fā)生，可是如果分配給db server 2呢？?jī)蓚€(gè)db server分別存放了不同用戶的用戶名相同的用戶信息！解決的方法很簡(jiǎn)單，寫(xiě)請(qǐng)求的分配不能用隨機(jī)算法，應(yīng)該使用哈希映射，例如注冊(cè)的用戶名首字母為x時(shí)，寫(xiě)請(qǐng)求分配各 db server2，其他寫(xiě)請(qǐng)求一律分配給db server 1。

另外一個(gè)問(wèn)題，這種架構(gòu)為開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了很大的靈活性，就是這種架構(gòu)不適用于某些ORM框架，解決方法就是在這個(gè)架構(gòu)上再加上一層——“數(shù)據(jù)庫(kù)代理”。例如對(duì)于MySQL，就有MySQL Proxy這樣的解決方案。

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