从单服务器模式到负载均衡设计

作者：Grey

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博客园：从单服务器模式到负载均衡设计

CSDN：从单服务器模式到负载均衡设计

单服务器模型是最简单的一种架构，参考如下图

用户访问一个 URL，URL 会先到 DNS 服务器进行域名解析，然后返回给客户端一个 IP 地址，客户端会通过这个 IP 地址访问到真正的服务，服务接收到客户端请求以后，返回对应的 HTML 页面，就完成了整个过程。

当然，以上是静态页面，相对复杂的应用会配置数据库，架构如下

在选择数据库的时候，会涉及数据库选型问题，有两类比较主流的数据库可以选择，即关系型数据库和非关系型数据库。

关系型数据库也被称为关系型数据库管理系统（RDBMS），关系型数据库以表和行来表示和存储数据。其优势是你可以使用 SQL 语句在不同的数据库表中执行连接操作。

非关系型数据库也被称为 NoSQL 数据库。 一般被归纳为四类：键值存储、图形存储、列存储和文档存储。非关系型数据库一般不支持连接操作。

对于大多数开发者来说，关系型数据库是最好的选择，因为它们已经存在了40多年且一直运行良好；然而，如果关系型数据库不适合你的特定用例，

比如

• 应用需要超低的延迟。

• 数据是非结构化的，或者你没有任何关系型数据。

• 只需要对数据进行序列化和反序列化（JSON、XML、YAML等）。

• 需要存储大量的数据

则非关系型数据库可能是正确的选择。

关系型和非关系型数据库的选型可以参考这个网站：DB-Engines Ranking

随着用户数量增多，单服务架构的设计可能会导致一些问题，比如：

用户是直接连接到网络服务器的。如果网络服务器离线，用户将无法访问网站，在另一种情况下，如果许多用户同时访问网络服务器，并达到网络服务器的负载极限，用户一般会遇到较慢的响应或无法连接到服务器。

针对这些问题，有两种主要的思路，分别是：水平扩展和垂直扩展。

垂直扩展，简言之就是在你的服务器上增加更多的配置，比如 CPU、内存 等资源。

水平扩展，简言之就是增加更多的服务实例来扩展的服务能力。

当流量较低时，垂直扩展是一个很好的选择，简单直接。但是垂直扩展也有严重的局限性，因为

• 不可能在一台服务器上增加无限的 CPU 和内存。

• 垂直扩展不具备故障转移和冗余功能。如果一台服务器瘫痪了，整个网站/应用程序就会完全瘫痪。

由于垂直扩展的局限性，水平扩展对于大规模的应用来说是比较理想的。

水平扩展的一个技术就是负载均衡。可以比较好的解决这个问题。架构如下

如图所示，用户直接连接到负载均衡器的公共 IP。在这种设置下，网络服务器已经无法被客户直接访问。为了提高安全性，服务器之间的通信使用了私有 IP。私有 IP 是一个只能在同一网络中的服务器之间到达的 IP 地址；但是，它在互联网上是无法到达的。负载均衡器通过私有 IP 与网络服务器进行通信。
在图中，在添加了一个负载均衡服务器和第二个 Web 服务器后，我们成功地解决了没有故障转移的问题，并提高了Web层的可用性。

• 如果服务器1离线，所有的流量将被路由到服务器2。这可以防止网站脱机。我们还将在服务器池中添加一个新的健康的Web服务器，以平衡负载。

• 如果网站流量迅速增长，而两台服务器不足以处理这些流量，负载均衡器可以优雅地处理这个问题。你只需要向网络服务器池添加更多的服务器，负载平衡器就会自动开始向它们发送请求。

参考资料

System Design Interview