从运维角度看中大型网站架构的演变之路

前言今天我以咱们运维角度讲解网站架构的演变
一个成熟的网站架构并不是一开始设计就具备高可用、高伸缩、高性能等特性的，它是随着用户量和业务线不断增加，基础架构才逐渐健壮的。在发展初期，一般都是从0到1，不会一上来就整一些大而全的架构，也很少人这么任性。
说明
适用业务：电商/门户/招聘网站开发语言：PHP和JAVAWeb服务：Nginx/Tomcat8数据库：MySQL操作系统：CentOS物理服务器：Dell R730/R430

一、单台服务器部署
项目开发完成上线，用户访问量寥寥无几。


二、WEB与数据库独立部署
有一定用户访问量，单台服务器性能有些吃力，想提高并发能力，增加一台服务器，将HTTP请求与SQL操作负载分散不同服务器。

三、动静分离-初期什么是动静分离？静态页面与动态页面分离部署。四、数据库主从与查询缓存uRedisCache使用Redis缓存数据库查询结果，将热数据放到内存中，提高查询速度，减少数据库请求。 
uMySQL主从基于binlog异步复制。
uHAMySQL：Keepalived
u怎么保证Redis缓存时效性？a) 增加中间件，在主从同步延迟时间内，中间件将SQL读操作还路由到主。b) 主从同步延迟时间后，再异步发起一次淘汰Cache。c) 增加消息队列和清理Cache程序，入库同时也写入消息队列，缓存清理程序订阅消息队列，一旦有数据更新，重新Cache。d) Cache中的Item一定要设置过期时间。
五、七层负载均衡、共享存储与Redis高可用访问量越来越大，单台服务器性能已无法支撑，于是增加负载均衡，水平扩展WEB节点，同时调整动静分离。
u七层负载均衡根据域名或者后缀转发不同的upstream。
uNFS网络文件系统共享存储存放网站程序或者静态资源。
uRedis主从u动静分离-中期uHALB：KeepalivedNFS：DRBD+HeartbeatRedis：Sentinel/Keepalived
uSession如何会话保持？a)源IP Hashb)Session共享c)Session Sticky（粘滞会话）d)Session复制
六、数据库架构扩展访问量上来了，SQL操作自然也就多了，单台数据库读性能到达瓶颈，响应很慢；业务读多写少，需要提升读性能，考虑扩展数据库架构。
u一主多从基于binlog异步复制，多个从库同步主库。
u读写分离a)代码逻辑层区分读写库。b)使用中间件代理，对SQL解析区分处理；开源主流的有：Atlas、MyCat等。
u分库、分表、分区分库：根据业务类型分离相关表到不同数据库；例如WEB、BBS、Blog等。分表：单个表上千万条记录，操作耗时长，采用垂直拆分和水平拆分，将数据分散存储到不同小表上。分区：根据表字段分成多个区块，这些区块可以分布在不同磁盘上。以上主要是分散磁盘I/O压力，提高处理性能。
u从库四层负载均衡当多个从库时，采用LVS实现负载均衡，对程序提供VIP，访问透明。
uHA主库和从库LB：Keepalived

七、SOA面向服务架构uSOA面向服务架构设计理念，拆分臃肿程序架构，以核心业务为单位分解，服务化、模块化，分布式部署。
u服务化治理使用Dubbo分布式框架，治理SOA服务化，Dubbo提供高性能和透明化RPC远程调用方案 。
u配置中心使用Zookeeper存储服务连接信息。
u消息队列使用RabbitMQ解耦服务，保障服务直接通信。

八、DNS轮训与数据库全文检索引擎uDNS轮询DNS负载均衡技术实现原理是在DNS服务器上一个主机名配置多个IP地址，用户访问时，轮训返回解析记录，从而达到负载均衡目的。
u全文检索引擎像电商网站首页都会有查询表单，当商品多且品种多，关系型数据库庞大，想要快速从数据库中精确检索出用户想要的商品就显的力不从心了。引入全文检索引擎，建立索引缓存，快速查询海量数据，缓解数据库压力；开源主流的有：ElasticSearch、Sphinx。

九、静态缓存服务器每次请求静态资源负载都会落在WEB节点和NFS存储上，而且这些资源都是很少变动的，我们把这些资源缓存到上层，请求到来时先判断本地是否有缓存，如果有就直接返回，从而减少后端HTTP请求，响应会快很多。十、分布式文件系统与CDNu分布式文件系统当图片、视频很多时，NFS在处理效率和存储容量上受局限，这时用分布式文件系统（DFS）就比较合适了，DFS是一种NAS存储架构，C/S模式，多台廉价服务器组成存储集群，提供高性能、高可用、高扩展等特性。客户端挂载到本地，就像访问本地文件系统一样访问远程服务器文件。
uCDN每次请求静态资源都会落在WEB节点和存储上，而且这些资源都是很少变动的，如果把这些资源放到网站入口，岂不减少后端大量HTTP请求，有什么方法呢？使用CDN技术，它通过一种缓存技术将频繁访问的资源（主要静态）分布到全国各地边缘服务器，用户先访问CDN服务器，CDN根据职能DNS返回客户端就近网络中的缓存服务器，如果这个缓存服务器有缓存请求的静态资源就直接返回，否则回源站获取返回，从而提高网站访问速度，减少后端服务器压力。

十一、四层负载均衡与NoSQL数据库u四层负载均衡七层负载均衡要分析应用层协议，效率没有四层高，有些应用场景并不需要分析应用层协议，只想实现转发负载，那么，四层负载均衡是首选。
当然，也可以四层代理七层负载均衡，方面扩展七层负载均衡。
uNoSQL数据库由于个别SQL查询量大，已经无法在深度优化，可以考虑使用NoSQL非关系型数据库，它的产生就是解决大规模、高并发、大数据量等问题。但比较适合非结构化数据存储，比如详情页内容、原始数据等。

十二、现在
u弹性伸缩自动扩容，节点降级。
u微服务更细粒度拆分应用，实现服务化、轻量级、自动化部署等。
u内存化磁盘数据尽可能在内存中处理。
u异地容灾如果不可容忍网站不可用，应考虑到异地备份或异地双活。
u应急预案
十三、谈古至今尽量将请求拦截在前面，从而减少数据库和HTTP请求数据库层是架构瓶颈，需要精心设计，比如架构扩展、SQL优化（压缩、索引等）避免单点分解压力扩展性找瓶颈出方案

十四、应急预案SRE：网站可靠性工程师保证网站不宕机是他们的使命！
制作应急预案大致以下几步：
1、系统分级按照业务系统重要性划分，比如订单服务挂了，将影响用户无法下单，因此需要投入更多的资源保障；比如管理后台挂了，不会影响到用户；根据业务划分不同级别，实施不同的质量保障和成本投入。
2、全链路分析梳理从网站入口到数据存储的各个环节，找出依赖服务，假设性去分析问题，如果某环节故障，影响范围怎样。
3、全方位监控对相关链路实施全面监控，包括基础资源监控、服务状态监控、接口监控、日志监控等，确保出现问题有依据可追溯。
4、制定应急预案多思考方案可行性，不定期进行预案演习，验证预案正确性和可控性及掌握恢复时间。
十五、应对策略网络接入层：a)机房故障：从DNS轮训摘除该机房或者切换到其他机房b)VIP网络异常：切换备用VIP
代理层：a)IP限流：某些IP访问太大导致后端负载压力过高；实施IP限流b)后端应用异常：如软硬件故障，摘除异常节点；如果某机房问题切换到其他机房
应用层和服务层：a)服务异常：某服务访问超时，响应慢；摘除服务或切换到正常服务b)程序线程池不够用：线程池设置太小，导致请求堆积；提供参数开关，比如动态调整线程池大小c)请求量太大：请求量太大，超过实际处理能力；请求限流或者设置请求阈值自动扩展节点
缓存层和数据层：a)Redis挂掉：主从切换b)MySQL挂掉：主从切换，切换后验证c)机房故障：切换缓存库/数据库到其他机房