系统分析师20：【案例特训专题3】系统设计与运维

1 Web开发

1.1 Web开发涉及技术的综合应用

• 高性能
• 高可用
• 可维护
• 应变
• 安全
  

1.2 Web系统架构演化过程

1.2.1 单台机器到数据库与Web服务器分离

• 早期的web系统往往以单台机器形态出现，web网站无论是前端还是后台数据库都部署在一台服务器上，部署起来比较简单；
• 当单台服务器面临很大的访问请求时，无法应对这些请求，此时可以将数据库与web服务器分离，将系统拆分为应用服务器和数据库服务器，整体效率要高些。

1.2.2 应用服务器集群

当并发程度进一步扩大，两台服务器无法应对请求时，进一步考虑把原来单台应用服务器升级为应用服务器集群

系统演变到这里，将会出现下面几个问题：
1、用户的请求由谁来转发到具体的应用服务器=》负载均衡
2、用户如果每次访问到的服务器不一样，那么如何维护session的一致性=》有状态与无状态问题

2 负载均衡

2.1 负载均衡的引入

2.2 负载均衡技术

2.2.1 应用层负载均衡

• http重定向。HTTP重定向就是应用层的请求转发。用户的请求其实已经到了HTTP重定向负载均衡服务器，服务器根据算法要求用户重定向，用户收到重定向请求后，再次请求真正的集群。
  • 特点：实现简单，但性能较差。
• 反向代理服务器。在用户的请求到达反向代理服务器时(已经到达网站机房），由反向代理服务器根据算法转发到具体的服务器。常用的apache、nginx都可以充当反向代理服务器。
  • 特点：部署简单，但代理服务器可能成为性能的瓶颈。

2.2.2 传输层负载均衡

• DNS域名解析负载均衡。DNS域名解析负载均衡就是在用户请求DNS服务器，获取域名对应的IP地址时，DNS服务器直接给出负载均衡后的服务器IP。
  • 特点：效率比HTTP重定向高，减少维护负载均衡服务器成本。但一个应用服务器故障，不能及时通知DNS，而且DNS负载均衡的控制权在域名服务商那里，网站无法做更多的改善和更强大的管理。
• 基于NAT的负载均衡。基于NAT的负载均衡将一个外部IP地址映射为多个IP地址，对每次连接请求动态地转换为一个内部节点的地址。
  • 特点：技术较为成熟，一般在网关位置，可以通过硬件实现。像四层交换机一般就采用了这种技术。

2.3 负载均衡算法

2.3.1 静态算法(不考虑动态负载)

• 轮转算法：轮流将服务请求（任务）调度给不同的节点（即:服务器)
• 加权轮转算法：考虑不同节点处理能力的差异
• 源地址哈希散列算法：根据请求的源IP地址，作为散列键从静态分配的散列表找出对应的节点
• 目标地址哈希散列算法：根据请求目标lP做散列找出对应节点
• 随机算法：随机分配，简单，但不可控

2.3.2 动态算法（考虑动态负载）

• 最小连接数算法：每个节点处理能力相同的情况下，新请求分配给当前活动请求数量最少的节点
• 加权最小连接数算法：考虑节点处理能力不同，按最小连接数分配
• 加权百分比算法：考虑了节点的利用率、硬盘速率、进程个数等，使用利用率来表现剩余处理能力
• 硬件负载均衡：FS
• 软件负载均衡：LVS、Nginx、HAproxy

3 Session共享机制

- 方案1：携带session的cookie；

• 方案2：服务器间同步sesssion；
• 方案3：将session存入redis。

4 有状态与无状态

• 无状态服务(stateless service)对单次请求的处理，不依赖其他请求，也就是说，处理次请求所需的全部信息，要么都包含在这个请求里，要么可以从外部获取到（比如说数据库)，服务器本身不存储任何信息。
• 有状态服务(stateful service)则相反，它会在自身保存一些数据，先后的请求是有关联的。
• 判断以下构件是有状态服务还是无状态服务∶
  (1)ldentification Bean(身份认证构件)：有状态服务
  (2) ResPublish Bean(资源发布构件)：无状态服务
  (3)ResRetrieval Bean(资源检索构件)：无状态服务
  (4)OnlineEdit Bean(在线编辑构件)：有状态服务
  (5)Statistics Bean(统计分析构件)：无状态服务

5 持久化技术——ORM

• ORM (object Relational Mapping) :对象与关系数据之间的映射。
• 映射关系表
  
• 实现技术对比表
  

6 数据库读写分离化

• 主从数据库结构特点：
  1、一般：一主多从，也可以多主多从。
  2、主库做写操作，从库做读操作。
• 主从复制步骤:
  1、主库(Master)更新数据完成前，将操作写binlog日志文件。
  2、从库(Salve)打开I/O线程与主库连接，做binlog dump process，并将事件写入中继日志。
  3、从库执行中继日志事件，保持与主库一致。