2.4 网络层架构小结
从整个互联网络的高度来看网站架构,努力的方向是明确的:让用户就近取得内容,但又要在速度和可控制性之间作一个平衡。对于更新比较频繁内容,由于难以保持镜像网站之间的同步,则需要使用其他的辅助技术。
3 交换层架构
3.1 第四层交换简介
按照OSI[16]七层模型,第四层是传输层。传输层负责端到端通信,在IP协议栈中是TCP和UDP所在的协议层。TCP和UDP数据包中包含端口号(port number),它们可以唯一区分每个数据包所属的协议和应用程序。接收端计算机的操作系统根据端口号确定所收到的IP包类型,并把它交给合适的高层程序。IP地址和端口号的组合通常称作“插口(Socket)”。
第四层交换的一个简单定义是:它是一种传输功能,它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据IP地址与TCP/UDP (第四层) 应用端口号的组合(Socket)[17]。第四层交换功能就像是虚拟IP,指向实际的服务器。它传输的数据支持多种协议,有HTTP、FTP、NFS、Telnet等。
以HTTP协议为例,在第四层交换中为每个服务器组设立一个虚拟IP(Virtue IP,VIP),每组服务器支持某一个或几个域名。在域名服务器(DNS)中存储服务器组的VIP,而不是某一台服务器的真实地址。
当用户请求页面时,一个带有目标服务器组的VIP连接请求发送给第四层交换机。第四层交换机使用某种选择策略,在组中选取最优的服务器,将数据包中的目标VIP地址用实际服务器的IP地址取代,并将连接请求传给该服务器。第四层交换一般都实现了会话保持功能,即同一会话的所有的包由第四层交换机进行映射后,在用户和同一服务器间进行传输[18]。
第四层交换按实现分类,分为硬件实现和软件实现。
3.2 硬件实现
第四层交换的硬件实现一般都由专业的硬件厂商作为商业解决方案提供。常见的有Alteon[19],F5[20]等。这些产品非常昂贵,但是能够提供非常优秀的性能和很灵活的管理能力。Yahoo中国当初接近2000台服务器使用了三四台Alteon就搞定了[21]。鉴于条件关系,这里不展开讨论。
3.3 软件实现
第四层交换也可以通过软件实现,不过性能比专业硬件稍差,但是满足一定量的压力还是可以达到的,而且软件实现配置起来更灵活。 软件四层交换常用的有Linux上的LVS(Linux Virtual Server),它提供了基于心跳(heart beat)的实时灾难应对解决方案,提高了系统的鲁棒性,同时提供了灵活的VIP配置和管理功能,可以同时满足多种应用需求[22]。
4 服务器优化
4.1 服务器整体性能考虑
对于价值昂贵的服务器来说,怎样配置才能发挥它的最大功效,又不至于影响正常的服务,这是在设计网站架构的时候必须要考虑的。常见的影响服务器的处理速度的因素有:网络连接,硬盘读写,内存空间,CPU速度。如果服务器的某一个部件满负荷运转仍然低于需要,而其他部件仍有能力剩余,我们将之称为性能瓶颈。服务器想要发挥最大的功效,关键的是消除瓶颈,让所有的部件都被充分的利用起来。
4.2 Socket优化
以标准的 GNU/Linux 为例。GNU/Linux 发行版试图对各种部署情况都进行优化,这意味着对具体服务器的执行环境来说,标准的发行版可能并不是最优化的[23]。GNU/Linux 提供了很多可调节的内核参数,可以使用这些参数为服务器进行动态配置,包括影响 Socket 性能的一些重要的选项。这些选项包含在 /proc 虚拟文件系统中。这个文件系统中的每个文件都表示一个或多个参数,它们可以通过 cat 工具进行读取,或使用 echo 命令进行修改。这里仅列出一些影响TCP/IP 栈性能的可调节内核参数[24]: