关于负载均衡的一切

什么是负载均衡?

负载均衡(Load Balance)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行,负载均衡的关键在于均匀。

常见的负载均衡方案有哪些?

常见互联网分布式架构如上,分为:

客户端层

反向代理层

站点层

服务层

数据层

可以看到,每一个下游都有多个上游调用,只需要做到,每一个上游都均匀访问每一个下游,就能实现整体的均匀分摊。

第一层:客户端层到反向代理层

客户端层到反向代理层的负载均衡,是通过“DNS轮询”实现的。

DNS-server对于一个域名配置了多个解析ip,每次DNS解析请求来访问DNS-server,会轮询返回这些ip,保证每个ip的解析概率是相同的。这些ip就是nginx的外网ip,以做到每台nginx的请求分配也是均衡的。

第二层:反向代理层到站点层

反向代理层到站点层的负载均衡,是通过“nginx”实现的。

画外音:nginx是反向代理的泛指。

修改nginx.conf,可以实现多种均衡策略:

(1)请求轮询:和DNS轮询类似,请求依次路由到各个web-server;

(2)最少连接路由:哪个web-server的连接少,路由到哪个web-server;

(3)ip哈希:按照访问用户的ip哈希值来路由web-server,只要用户的ip分布是均匀的,请求理论上也是均匀的,ip哈希均衡方法可以做到,同一个用户的请求固定落到同一台web-server上,此策略适合有状态服务,例如session;

画外音:站点层可以存储session,但强烈不建议这么做,站点层无状态是分布式架构设计的基本原则之一,session最好放到数据层存储。

(4) …

第三层:站点层到服务层

站点层到服务层的负载均衡,是通过“服务连接池”实现的。

上游连接池会建立与下游服务多个连接,每次请求会“随机”选取连接来访问下游服务。除了负载均衡,服务连接池还能够实现故障转移超时处理限流限速ID串行化等诸多功能。

第四层:访问数据层

在数据量很大的情况下,由于数据层(db/cache)涉及数据的水平切分,所以数据层的负载均衡更为复杂一些,它分为“数据的均衡”,与“请求的均衡”。

数据的均衡是指:水平切分后的每个服务(db/cache),数据量是均匀的。

请求的均衡是指:水平切分后的每个服务(db/cache),请求量是均匀的。

业内常见的水平切分方式有这么几种:

一、按照range水平切分

每一个数据服务,存储一定范围的数据:

user0服务:存储uid范围1-1kw

user1服务:存储uid范围1kw-2kw

这个方案的好处是:

规则简单,service只需判断一下uid范围就能路由到对应的存储服务

数据均衡性较好

比较容易扩展,可以随时加一个uid[2kw,3kw]的数据服务

不足是:

请求的负载不一定均衡,一般来说,新注册的用户会比老用户更活跃,大range的服务请求压力会更大

二、按照id哈希水平切分

每一个数据服务,存储某个key值hash后的部分数据:

user0服务:存储偶数uid数据

user1服务:存储奇数uid数据

这个方案的好处是:

规则简单,service只需对uid进行hash能路由到对应的存储服务

数据均衡性较好

请求均匀性较好

不足是:

不容易扩展,扩展一个数据服务,hash方法改变时候,可能需要进行数据迁移

总结

负载均衡(Load Balance)是分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一,它通常是指,将请求/数据均匀分摊到多个操作单元上执行,其的关键在于均匀:

反向代理层的负载均衡,是通过“DNS轮询”实现的

站点层的负载均衡,是通过“nginx”实现的

服务层的负载均衡,是通过“服务连接池”实现的

数据层的负载均衡,要考虑“数据的均衡”与“请求的均衡”两个点,常见的方式有“按照范围水平切分”与“hash水平切分”

希望大家有收获。

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