按不同架構層次分析大型網站技術架構

  傳統上關於架構技術原理的組織方式一般以架構要素作爲維度,從系統性能、可用性、伸縮性、擴展性、安全性幾個角度闡述網站架構技術要點。還有另一種較爲直觀的組織方式是從不同架構層次所使用的網站架構技術這個維度進行描述的。
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前端架構

前端指用戶請求到達網站應用服務器之前經歷的環節,通常不包含網站業務邏輯,不處理動態內容。

  • 瀏覽器優化技術
    並不是優化瀏覽器,而是通過優化響應頁面,加快瀏覽器頁面的加載和顯示,常用的有頁面緩存、合併HTTP減少請求次數、使用頁面壓縮等。

  • CDN
    內容分發網絡,部署在網絡運營商機房,通過將靜態頁面內容分發到離用戶最近的CDN服務器,使用戶可以通過最短路徑獲取內容。

  • 動靜分離,靜態資源獨立部署
    靜態資源,如JS、CSS等文件部署在專門的服務器集羣上,和Web應用動態內容服務分離,並使用專門的(二級)域名。

  • 圖片服務
    圖片不是指網站Logo、按鈕圖標等,這些文件屬於上面提到的靜態資源,應該和JS,CSS部署在一起。這裏的圖片指用戶上傳的圖片,如產品圖片、用戶頭像等,圖片服務同樣使用獨立部署的圖片服務器集羣,並使用獨立(二級)域名。

  • 反向代理
    部署在網站機房,在應用服務器、靜態資源服務器圖片服務器之前,提供頁面緩存服務。

  • DNS
    域名服務,將域名解析成IP地址,利用DNS可以實現DNS負載均衡,配置CDN也需要修改DNS,使域名解析後指向CDN服務器。

應用層架構

應用層是處理網站主要業務邏輯的地方。

  • 開發框架
    網站業務是多變的,網站的大部分軟件工程師都是在加班加點開發網站業務,一個好的開發框架至關重要。一個好的開發框架應該能夠分離關注面,使美工、開發工程師可以各司其事,易於協作。同時還應該內置一些安全策略,防護Web應用攻擊。

  • 頁面渲染
    將分別開發維護的動態內容和靜態頁面模板集成起來,組合成最終顯示給用戶的完整頁面。

  • 負載均衡
    將多臺應用服務器組成一個集羣,通過負載均衡技術將用戶請求分發到不同的服務器上,以應對大量用戶同時訪問時產生的高併發負載壓力。

  • Session管理
    爲了實現高可用的應用服務器集羣,應用服務器通常設計爲無狀態,不保存用戶請求上下文信息,但是網站業務通常需要保持用戶會話信息,需要專門的機制管理Session,使集羣內甚至跨集羣的應用服務器可以共享Session。

  • 動態頁面靜態化
    對於訪問量特別大而更新又不很頻繁的動態頁面,可以將其靜態化,即生成一個靜態頁面,利用靜態頁面的優化手段加速用戶訪問,如反向代理、CDN、瀏覽器緩存等。

  • 業務拆分
    將複雜而又龐大的業務拆分開來,形成多個規模較小的產品,獨立開發、部署、維護,除了降低系統耦合度,也便於數據庫業務分庫。按業務對關係數據庫進行拆分,技術難度相對較小,而效果又相對較好。

  • 虛擬化服務器
    將一臺物理服務器虛擬化成多臺虛擬服務器,對於併發訪問較低的業務,更容易用較少的資源構建高可用的應用服務器集羣。

服務層架構

提供基礎服務,供應用層調用,完成網站業務。

  • 分佈式消息
    利用消息隊列機制,實現業務和業務、業務和服務之間的異步消息發送及低耦合的業務關係。
  • 分佈式服務
    提供高性能、低耦合、易複用、易管理的分佈式服務,在網站實現面向服務架構(SOA)。
  • 分佈式緩存
    通過可伸縮的服務器集羣提供大規模熱點數據的緩存服務,是網站性能優化的重要手段。
  • 分佈式配置
    系統運行需要配置許多參數,如果這些參數需要修改,比如分佈式緩存集羣加入新的緩存服務器,需要修改應用程序客戶端的緩存服務器列表配置,並重啓應用程序服務器。分佈式配置在系統運行期提供配置動態推送服務,將配置修改實時推送到應用系統,無需重啓服務器。

存儲層架構

提供數據文件的持久化存儲訪問與管理服務。

  • 分佈式文件
    網站在線業務需要存儲的文件大部分都是圖片、網頁、視頻等比較小的文件,但是這些文件的數情非常龐大,而且通常都在持續增加,需要伸縮性設計比較好的分佈式文件系統。
  • 關係數據庫
    大部分網站的主要業務是基於關係數據庫開發的,但是關係數據庫對集羣伸縮性的支持比較差。通過在應用程序的數據訪問層增加數據庫訪問路由功能,根據業務配置將數據庫訪問路由到不同的物理數據庫上.可實現關係數據庫的分佈式訪問。
  • NoSQL數據庫
    目前各種NoSQL數據庫層出不窮,在內存管理,數據模型、集羣分佈式管理等方面各有優勢,不過從社區活躍性角度看,HBase無疑是目前最好的。
  • 數據同步
    在支持全球範圍內數據共享的分佈式數據庫技術成熟之前,擁有多個數據中中心的網站必須在多個數據中心之間進行數據同步,以保證每個數據中心都擁有完整的數據。在實踐中,爲了減輕數據庫壓力,將數據庫的事務日誌(或者NoSQL的寫操作Log)同步到其他數據中心,根據Log進行數據重演,實現數據同步。

後臺架構

網站應用中,除了要處理用戶的實時訪問請求外,還有一些後臺非實時數據分析要處理。

  • 搜索引擎
    即使是網站內部的搜索引擎,也需要進行數據增量更新及全量更新、構建索引等,這些操作通過後臺系統定時執行。
  • 數據倉庫
    根據離線數據,提供數據分析與數據挖掘服務。
  • 推薦系統
    社交網站及購物網站通過挖掘人和人之間的關係,人和商品之間的關係,發掘潛在的人際關係和購物興趣,爲用戶提供個性化推薦服務。

數據採集與監控

監控網站訪問情況與系統運行情況,爲網站運營決策和運維管理提供支持保障。

  • 瀏覽器數據採集
    通過在網站頁面中嵌入JS腳本採集用戶瀏覽器環境與操作記錄,分析用戶行爲。
  • 服務器業務數據採集
    服務器業務數據包括兩種,一種是採集在服務器端記錄的用戶請求操作日誌;一種是採集應用程序運行期業務數據,比如待處理消息數目等。
  • 服務器性能數據採集
    採集服務器性能數據,如系統負載、內存使用率,網卡流量等。
  • 系統監控
    將前述採集的數據以圖表的方式展示,以便運營和運維人員監控網站運行狀況,做到這一步僅僅是系統監視。更先進的做法是根據採集的數據進行自動化運維,自動處理系統異常狀況.實現自動化控制。
  • 系統報警
    如果採集來的數據超過預設的正常情況的闞值,比如系統負載過高,就通過郵件短信、語音電話等方式發出報警信號,等待工程師干預。

安全架構

保護網站免遭攻擊及敏感信息泄露。

  • Web攻擊
    以HTTP請求的方式發起的攻擊,危害最大的就是XSS和SQL注入攻擊。但是隻要措施得當,這兩種攻擊都是比較容易防範的。
  • 數據保護
    敏感信息加密傳輸與存儲,保護網站和用戶資產。

數據中心機房架構

大型網站需要的服務器規模數以十萬計,機房物理架構也需要關注。

  • 機房架構
    對於一個擁有十萬臺服務器的大型網站,每臺服務器耗電(包括服務器本身耗電及空調耗電)每年大約需要人民幣2000元,那麼網站每年機房電費就需要兩億人民幣。數據中心能耗問題已經日趨嚴重,Google、Facebook選擇數據中心地理位置的時候趨向選擇散熱良好,供電充裕的地方。
  • 機櫃架構
    包括機櫃大小,網線佈局、指示燈規格、不間斷電源、電壓規格(是48V直流電還是220V民用交流電)等一系列問題。
  • 服務器架構
    大型網站由於服務器採購規模龐大,大都採用定製服務器的方式代替購買服務器整機。根據網站應用需求,定製硬盤、內存、甚至CPU,同時去除不必要的外設接口(顯示器輸出接口,鼠標、鍵盤輸入接口),並使空間結構利於散熱。
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