# 型互联网架构演进过程 1. 何为大型互联网架构 1.1 大型网站的特点  1.2 大型网站的架构目标  1.3 大型网站架构模式  # 2.衡量大型网站的标准与指标 技术：分布式集群,微服务架构 指标: QPS上千 pv上亿 并发上百 案例: 大型：BAJT等 中大型:58同城，B站等 # 3.分布式架构的演变过程 由单机计算机的架构——>分布式计算机架构 前言： 一个成熟的大型网站系统架构并不是一开始就设计的非常完美的，世上没有完美的架构，也不是一 开始就具备高性能、高可用、安全性等特性，而是随着用户量的不断增加、业务功能的扩展逐步完 善演变过来的。在这个过程中，开发模式、技术架构等都会发生非常大的变化。而针对不同的业务 特征的系统，会有各自的侧重点，比如像淘宝这类网站，要解决的是海量商品搜索、下单、支付等 问题；像腾讯，要解决的是数亿级别用户的实时消息传输；百度所要解决的是海量数据的搜索。每 一类的业务都有自己不同的系统架构。 我们以电商系统的发展演变为例，分析架构演变历程。 关注的是数据量、访问量提升，网站结构发生的变化，而不是具体关注业务功能点。其次，这个过 程是为了让大家更好的了，解网站演进过程中的一些问题和应对策略。 假如我们系统具备以下功能： 用户模块：用户注册和管理 商品模块：商品展示和管理 交易模块：创建交易及支付结算 ## 3.1 第1版应用：单机负载 得回忆公司刚创业那会。那是很多年前，那天，公司成立了，老板兴致勃勃的租了一间民宅，买了 一台服务器。然后大伙几个就开干了。 大伙把所有软件和应用都部署在一台机器上，这样就完成一个简单系统的搭建，这个时候的讲究的 是效率。（这也是PHP的优势所在，快速开发快速迭代） 我们在一台机子上装了lnmp，下图描述了我们这台服务器：  ## 3.2 第2版：单机负载越来越高，数据库服务器和应用服务器分离 随着网站的上线，访问量逐步上升，服务器的负载慢慢提高，在服务器还没有超载的时候，我们应 该做好规划，提升网站的负载能力。假如代码层面的优化已经没办法继续提高，在不提高单台机器 的性能，增加机器是一个比较好的方式，投入产出比非常高。这个阶段增加机器的主要目的是讲 web 服务器和 数据库服务器拆分，这样不仅提高了单机的负载能力，也提高了容灾能力。并且根 据服务器的用途配置不同的硬件，达到最佳的性能效果  ## 3.3 第3版：利用缓存改善网站性能 在硬件优化性能的同时，同时也通过软件进行性能优化，在大部分的网站系统中，都会利用缓存技 术改善系统的性能，使用缓存主要源于热点数据的存在，大部分网站访问都遵循28原则（即80% 的访问请求，最终落在20%的数据上），所以我们可以对热点数据进行缓存，减少这些数据的访问 路径，提高用户体验。  ## 3.4 第4版：使用集群改善应用服务器性能 随着访问量的继续增加，单台应用服务器已经无法满足需求。在假设数据库服务器还没有遇到性能 问题的时候，我们可以增加应用服务器，通过应用服务器集群将用户请求分流到各个服务器中，从 而继续提升负载能力。此时多台应用服务器之间没有直接的交互，他们都是依赖数据库各自对外提 供服务。应用服务器前面部署负载均衡服务器调度用户请求，根据分发策略将请求分发到多个应用 服务器节点。 另外，我们还可以增加缓存服务器集群， 来提高访问速度并降低mysql等数据库的压力  ## 3.5 第5版：数据库压力变大，数据库读写分离 架构演变到这里，并不是终点。上面我们把应用层的性能拉上来了，但是数据库的负载也在慢慢增 大，那么怎么去提高数据库层面的负载呢？有了前面的思路以后，自然会想到增加服务器。但是假 如我们单纯的把数据库一分为二，然后对于后续数据库的请求，分别负载到两台数据库服务器上， 那么一定会造成数据库不统一的问题。 所以我们一般先考虑读写分离的方式, 。 分库分表不是这个阶段要考虑的，是数据库优化的终极技能，因为会带来一些难题，所以能不用就 不用  ## 3.6 第6版：使用NoSQL和搜索引擎缓解读库的压力 数据库做读库的话，常常对模糊查找效率不是特别好，像电商类的网站，搜索是非常核心的功能， 即便是做了读写分离，这个问题也不能有效解决。那么这个时候就需要引入Nosql和搜索引擎了。 对于海量数据的查询和分析，我们使用NoSQL数据库加上搜索引擎可以达到更好的性能。并不是 所有的数据都要放在关系型数据中。 常用的NoSQL有MongoDB、HBase、Redis，搜索引擎有Lucene、Solr、Elasticsearch。  ## 3.7 第7版：使用CDN和反向代理提高网站性能 假如我们的服务器都部署在成都的机房，对于四川的用户来说访问是较快的，而对于北京的用户访 问是较慢的，这是由于四川和北京分别属于电信和联通的不同发达地区，北京用户访问需要通过互 联路由器经过较长的路径才能访问到成都的服务器，返回路径也一样，所以数据传输时间比较长。 对于这种情况，常常使用CDN解决，CDN将数据内容缓存到运营商的机房，用户访问时先从最近 的运营商获取数据，这样大大减少了网络访问的路径。比较专业的CDN运营商有蓝汛、网宿。 而反向代理，则是部署在网站的机房，当用户请求达到时首先访问反向代理服务器，反向代理服务 器将缓存的数据返回给用户，如果没有缓存数据才会继续访问应用服务器获取，这样做减少了获取 数据的成本。反向代理有Squid、Nginx。  ## 3.8 第8版 将应用服务器进行业务拆分 随着业务进一步扩展，应用程序变得非常臃肿，这时我们需要将应用程序进行业务拆分，如百度分 为新闻、网页、图片等业务。每个业务应用负责相对独立的业务运作。业务之间通过消息进行通信 或者共享数据库来实现。  ## 3.9 第9版 数据库的水平、垂直拆分 我们的网站演进的变化过程，交易、商品、用户的数据都在同一个数据库中，尽管采取了增加缓 存，读写分离的方式，但是随着数据库的压力持续增加，数据库的瓶颈仍然是个最大的问题。因此 我们可以考虑对数据的垂直拆分和水平拆分。  ## 3.10 第10版 ：服务拆分 这时我们发现各个业务应用都会使用到一些基本的业务服务，例如用户服务、订单服务、支付服 务、安全服务，这些服务是支撑各业务应用的基本要素。我们将这些服务抽取出来利用分部式服务 框架搭建分布式服务。  # 4 大型网站架构目标： ## 1、高性能架构  ## 2、高可用架构 大型网站应该在任何时候都可以正常访问，正常提供对外服务。因为大型网站的复杂性，分布式，廉价 服务器，开源数据库，操作系统等特点，要保证高可用是很困难的，也就是说网站的故障是不可避免 的。 如何提高可用性，就是需要迫切解决的问题。首先，需要从架构级别考虑，在规划的时候，就考虑可用 性。行业内一般用几个9表示可用性指标，比如四个9（99.99），一年内允许的不可用时间是53分钟。 不同层级使用的策略不同，一般采用冗余备份和失效转移解决高可用问题。 应用层：一般设计为无状态的，对于每次请求，使用哪一台服务器处理是没有影响的。一般使用负 载均衡技术（需要解决Session同步问题）实现高可用。 服务层：负载均衡，分级管理，快速失败（超时设置），异步调用，服务降级，幂等设计等。 数据层：冗余备份（冷，热备\[同步，异步\]，温备），失效转移（确认，转移，恢复）。数据高可 用方面著名的理论基础是CAP理论（持久性，可用性，数据一致性\[强一致，用户一致，最终一 致\]） ## 3、可伸缩架构 伸缩性是指在不改变原有架构设计的基础上，通过添加/减少硬件（服务器）的方式，提高/降低系统的 处理能力。 应用层：对应用进行垂直或水平切分。然后针对单一功能进行负载均衡（DNS、HTTP\[反向代理\]、 IP、链路层）。 服务层：与应用层类似； 数据层：分库、分表、NoSQL等；常用算法Hash，一致性Hash。 ## 4、可扩展架构 可以方便地进行功能模块的新增/移除，提供代码/模块级别良好的可扩展性。 模块化，组件化：高内聚，低耦合，提高复用性，扩展性。 稳定接口：定义稳定的接口，在接口不变的情况下，内部结构可以“随意”变化。 设计模式：应用面向对象思想，原则，使用设计模式，进行代码层面的设计。 消息队列：模块化的系统，通过消息队列进行交互，使模块之间的依赖解耦。 分布式服务：公用模块服务化，提供其他系统使用，提高可重用性，扩展性。 ## 5、安全架构 对已知问题有有效的解决方案，对未知/潜在问题建立发现和防御机制。对于安全问题，首先要提高安全 意识，建立一个安全的有效机制，从政策层面，组织层面进行保障，比如服务器密码不能泄露，密码每 月更新，并且三次内不能重复；每周安全扫描等。以制度化的方式，加强安全体系的建设。同时，需要 注意与安全有关的各个环节。安全问题不容忽视，包括基础设施安全，应用系统安全，数据保密安全 等。 基础设施安全：硬件采购，操作系统，网络环境方面的安全。一般采用正规渠道购买高质量的产 品，选择安全的操作系统，及时修补漏洞，安装杀毒软件防火墙。防范病毒，后门。设置防火墙策 略，建立DDOS防御系统，使用攻击检测系统，进行子网隔离等手段。 应用系统安全：在程序开发时，对已知常用问题，使用正确的方式，在代码层面解决掉。防止跨站 脚本攻击（XSS），注入攻击，跨站请求伪造（CSRF），错误信息，HTML注释，文件上传，路径 遍历等。还可以使用Web应用防火墙（比如：ModSecurity），进行安全漏洞扫描等措施，加强应 用级别的安全。 数据保密安全：存储安全（存储在可靠的设备，实时，定时备份），保存安全（重要的信息加密保 存，选择合适的人员复杂保存和检测等），传输安全（防止数据窃取和数据篡改）； 常用的加解密算法（单项散列加密\[MD5、SHA\]，对称加密\[DES、3DES、RC\]），非对称加密\[RSA\]等。 ## 6、敏捷性 网站的架构设计，运维管理要适应变化，提供高伸缩性，高扩展性。方便的应对快速的业务发展，突增 高流量访问等要求。 除上面介绍的架构要素外，还需要引入敏捷管理，敏捷开发的思想。使业务，产品，技术，运维统一起 来，随需应变，快速响应。 # 5 亿级流量架构设计实战 ## 5.1 大型分布式类型   ## 5.2 需求功能矩阵 需求管理传统的做法，会使用例图或模块图（需求列表）进行需求的描述。这样做常常忽视掉一个很重 要的需求（非功能需求），因此推荐使用需求功能矩阵，进行需求描述。 本电商网站的需求矩阵如下   ## 5.3 网站初级架构  由于NFS服务功能很多，会有很多端口，这些端口还有可能不固定，（pc -ef | egrep nfs 我们可以看到 nfs 不同的端口号）那么客户端就无法与服务器进行通信，因为程序间通信必须通过端口（tcp/udp都是 端到端通信），那么就需要一个中间的桥接机制，RPC进程即充当这样一个角色，RPC的端口是一定的 （111），当NFS启动时，会向RPC进行注册， （rpc 一定是在nfs启动前，就已经启动了，）那么客户 端PRC就能与服务器RPC进行通信， 从而进行文件的传输。 当客户端用户打开一个文件或目录时，内核会判断，该文件是本地文件还是远程共享目录文件（如果是 远程共享文件就都挂载mount 到/etc/init.d/rc.local下面），如果是远程文件则通过RPC进程访问远程 NFS服务端的共享目录，如果是本地文件，则直接打开。 为了更好的并发，RPC进程及NFS进程都有多个。 但是，目前主流的网站架构一般都会采用集群的方式，进行高可用设计。   ## 5.4 系统容量预估  服务器预估：（以PHP举例） 按一台web服务器，支持每秒300个并发计算。平常需要10台服务器（约等于）；\[PHP默认配置是 150\]，高峰期需要30台服务器； 容量预估：70/90原则 系统CPU一般维持在70%左右的水平，高峰期达到90%的水平，是不浪费资源，并比较稳定的。内存， IO类似。 以上预估仅供参考，因为服务器配置，业务逻辑复杂度等都有影响。在此CPU，硬盘，网络等不再进行 评估。 # 5.5 网站架构分析  ## 5.6 网站架构优化 ### 5.6.1 业务拆分   如上图每个应用单独部署，核心系统和非核心系统组合部署 ### 5.6.2应用集群部署（分布式，集群，负载均衡)  集群部署后架构图：  ## 5.7、架构汇总