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大型分布式網站架構技術總結

高可用性 病毒 接口 物理 family 介紹 功能 三層應用 錯誤

本文是學習大型分布式網站架構的技術總結。對架構一個高性能,高可用,可伸縮,可擴展的分布式網站進行了概要性描述,並給出一個架構參考。一部分為讀書筆記,一部分是個人經驗總結。對大型分布式網站架構有很好的參考價值。(如果感覺對大家有幫助,請幫忙點推薦,謝謝。本博客會逐步推出一系列的關於大型分布式網站架構,設計模式,架構模式方面的系列文章,交流群:466097527)

  本次分享大綱如下

  1. 大型網站的特點
  2. 大型網站架構目標
  3. 大型網站架構模式
  4. 高性能架構
  5. 高可用架構
  6. 可伸縮架構
  7. 可擴展架構
  8. 安全架構
  9. 敏捷架構
  10. 大型架構舉例

一、大型網站的特點

  • 用戶多,分布廣泛
  • 大流量,高並發
  • 海量數據,服務高可用
  • 安全環境惡劣,易受網絡攻擊
  • 功能多,變更快,頻繁發布
  • 從小到大,漸進發展
  • 以用戶為中心
  • 免費服務,付費體驗

二、大型網站架構目標

  • 高性能:提供快速的訪問體驗。
  • 高可用:網站服務一直可以正常訪問。
  • 可伸縮:通過硬件增加/減少,提高/降低處理能力。
  • 安全性:提供網站安全訪問和數據加密,安全存儲等策略。
  • 擴展性:方便的通過新增/移除方式,增加/減少新的功能/模塊。
  • 敏捷性:隨需應變,快速響應;

技術分享

三、大型網站架構模式

技術分享

  • 分層:一般可分為,應用層,服務層,數據層,管理層,分析層;
  • 分割:一般按照業務/模塊/功能特點進行劃分,比如應用層分為首頁,用戶中心。
  • 分布式:將應用分開部署(比如多臺物理機),通過遠程調用協同工作。
  • 集群:一個應用/模塊/功能部署多份(如:多臺物理機),通過負載均衡共同提供對外訪問。
  • 緩存:將數據放在距離應用或用戶最近的位置,加快訪問速度。
  • 異步:將同步的操作異步化。客戶端發出請求,不等待服務端響應,等服務端處理完畢後,使用通知或輪詢的方式告知請求方。一般指:請求——響應——通知 模式。
  • 冗余:增加副本,提高可用性,安全性,性能。
  • 安全:對已知問題有有效的解決方案,對未知/潛在問題建立發現和防禦機制。
  • 自動化:將重復的,不需要人工參與的事情,通過工具的方式,使用機器完成。
  • 敏捷性:積極接受需求變更,快速響應業務發展需求。

四、高性能架構

以用戶為中心,提供快速的網頁訪問體驗。主要參數有較短的響應時間,較大的並發處理能力,較高的吞吐量,穩定的性能參數。

可分為前端優化,應用層優化,代碼層優化,存儲層優化。

前端優化:網站業務邏輯之前的部分;

瀏覽器優化:減少Http請求數,使用瀏覽器緩存,啟用壓縮,Css Js位置,Js異步,減少Cookie傳輸;

CDN加速,反向代理;

應用層優化:處理網站業務的服務器。使用緩存,異步,集群

代碼優化:合理的架構,多線程,資源復用(對象池,線程池等),良好的數據結構,JVM調優,單例,Cache等;

存儲優化:緩存,固態硬盤,光纖傳輸,優化讀寫,磁盤冗余,分布式存儲(HDFS),NOSQL等;

五、高可用架構

大型網站應該在任何時候都可以正常訪問。正常提供對外服務。因為大型網站的復雜性,分布式,廉價服務器,開源數據庫,操作系統等特點。要保證高可用是很困難的,也就是說網站的故障是不可避免的。

如何提高可用性,就是需要迫切解決的問題。首先,需要從架構級別,在規劃的時候,就考慮可用性。行業內一般用幾個9表示可用性指標。比如四個9(99.99),一年內允許的不可用時間是53分鐘。

不同層級使用的策略不同,一般采用冗余備份和失效轉移解決高可用問題。

應用層:一般設計為無狀態的,對於每次請求,使用哪一臺服務器處理是沒有影響的。一般使用負載均衡技術(需要解決Session同步問題),實現高可用。

服務層:負載均衡,分級管理,快速失敗(超時設置),異步調用,服務降級,冪等設計等。

數據層:冗余備份(冷,熱備[同步,異步],溫備),失效轉移(確認,轉移,恢復)。數據高可用方面著名的理論基礎是CAP理論(持久性,可用性,數據一致性[強一致,用戶一致,最終一致])

六、可伸縮架構

伸縮性是指在不改變原有架構設計的基礎上,通過添加/減少硬件(服務器)的方式,提高/降低系統的處理能力。

應用層:對應用進行垂直或水平切分。然後針對單一功能進行負載均衡(DNS,HTTP[反向代理],IP,鏈路層)。

服務層:與應用層類似;

數據層:分庫,分表,NOSQL等;常用算法Hash,一致性Hash。

七、可擴展架構

可以方便的進行功能模塊的新增/移除,提供代碼/模塊級別良好的可擴展性。

模塊化,組件化:高內聚,內耦合,提高復用性,擴展性。

穩定接口:定義穩定的接口,在接口不變的情況下,內部結構可以“隨意”變化。

設計模式:應用面向對象思想,原則,使用設計模式,進行代碼層面的設計。

消息隊列:模塊化的系統,通過消息隊列進行交互,使模塊之間的依賴解耦。

分布式服務:公用模塊服務化,提供其他系統使用,提高可重用性,擴展性。

八、安全架構

對已知問題有有效的解決方案,對未知/潛在問題建立發現和防禦機制。對於安全問題,首先要提高安全意識,建立一個安全的有效機制,從政策層面,組織層面進行保障。比如服務器密碼不能泄露,密碼每月更新,並且三次內不能重復;每周安全掃描等。以制度化的方式,加強安全體系的建設。同時,需要註意與安全有關的各個環節。安全問題不容忽視。包括基礎設施安全,應用系統安全,數據保密安全等。

基礎設施安全:硬件采購,操作系統,網絡環境方面的安全。一般采用,正規渠道購買高質量的產品,選擇安全的操作系統,及時修補漏洞,安裝殺毒軟件防火墻。防範病毒,後門。設置防火墻策略,建立DDOS防禦系統,使用攻擊檢測系統,進行 子網隔離等手段。

應用系統安全:在程序開發時,對已知常用問題,使用正確的方式,在代碼層面解決掉。防止跨站腳本攻擊(XSS),註入攻擊,跨站請求偽造(CSRF),錯誤信息,HTML註釋,文件上傳,路徑遍歷等。還可以使用Web應用防火墻(比如:ModSecurity),進行安全漏洞掃描等措施,加強應用級別的安全。

數據保密安全:存儲安全(存在在可靠的設備,實時,定時備份),保存安全(重要的信息加密保存,選擇合適的人員復雜保存和檢測等),傳輸安全(防止數據竊取和數據篡改);

常用的加解密算法(單項散列加密[MD5,SHA],對稱加密[DES,3DES,RC]),非對稱加密[RSA]等。

九、敏捷性

網站的架構設計,運維管理要適應變化,提供高伸縮性,高擴展性。方便的應對快速的業務發展,突增高流量訪問等要求。

除上面介紹的架構要素外,還需要引入敏捷管理,敏捷開發的思想。使業務,產品,技術,運維統一起來,隨需應變,快速響應。

十、大型架構舉例

技術分享

以上采用七層邏輯架構,第一層客戶層,第二層前端優化層,第三層應用層,第四層服務層,第五層數據存儲層,第六層大數據存儲層,第七層大數據處理層。

客戶層:支持PC瀏覽器和手機APP。差別是手機APP可以直接訪問通過IP訪問,反向代理服務器。

前端層:使用DNS負載均衡,CDN本地加速以及反向代理服務;

應用層:網站應用集群;按照業務進行垂直拆分,比如商品應用,會員中心等;

服務層:提供公用服務,比如用戶服務,訂單服務,支付服務等;

數據層:支持關系型數據庫集群(支持讀寫分離),NOSQL集群,分布式文件系統集群;以及分布式Cache;

大數據存儲層:支持應用層和服務層的日誌數據收集,關系數據庫和NOSQL數據庫的結構化和半結構化數據收集;

大數據處理層:通過Mapreduce進行離線數據分析或Storm實時數據分析,並將處理後的數據存入關系型數據庫。(實際使用中,離線數據和實時數據會按照業務要求進行分類處理,並存入不同的數據庫中,供應用層或服務層使用)。

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