大型网站的负载均衡器、db proxy和db

本文主要分析网站后台架构中的负载均衡器，企业常用的硬件负载均衡器软件负载均衡器、数据库代理服务器和数据库。

1.1 负载均衡

在大型网站部署中，负载均衡至少有三层部署。第一层为web server或者缓存代理之上的负载均衡，第二层为数据库之上的负载均衡，第三层为存储设备之上的负载均衡。

在第一层部署中，最常使用的是硬件负载均衡器有F5 BIG-IP、Citrix NetScaler、Radware、Cisco CSS、Foundry等产品。这些产品价格不菲，高达几十万人民币。在中国大陆，采用F5Network公司的BIG-IP负载均衡交换机的网站有新浪网、雅虎、百度、搜狐、凤凰网、央视国际、中华英才网、猫扑、畅游等。之前淘宝采用 NetScaler作为其硬件负载均衡器。后来用软件负载均衡器LVS和HAproxy混合使用来代替硬件负载均衡器。硬件负载均衡器可以提供OSI参考模型的第四/七层进行负载均衡。在第七层实现负载均衡的原理是，通过检查流经的HTTP报头，根据报头内的信息来执行负载均衡任务。在第四层(网络层)实现负载均衡的DR模式的原理是，通过更改请求包的目的MAC地址来进行负载均衡。

在第一层部署中，最常用的软件负载均衡器为LVS(LinuxVirtual Server)和HAproxy。其中LVS采用基于IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。最常用的LVS负载均衡技术为DR负载均衡。

在第二层部署中，最常用的为mysql-proxy(后端部署必须为MySQL数据库)，该代理服务器可以监测、分析或改变客户端的通信。最常用途为负载均衡，读写分离等。

在第三层部署中，最常用的存储设备都要做RAID，其中RAID0便为最基本的存储层的负载均衡。RAID0通过分带技术，将数据分割，然后并行的读写于各个磁盘上。这样实现底层存储一级的负载均衡。

1.2 LVS软件负载均衡器

LVS(LinuxVirtual Server)是由章文嵩博士主导开发的一款开源软件，可以实现Linux平台下的基于网络层的负载均衡软件。典型的基本架构图如图6-2-1所示。

                                                                            图6-2-1

LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。

1.2.1 LVS集群中实现的三种IP负载均衡技术

VS/NAT、 VS/TUN 和VS/DR技术是LVS集群中实现的三种IP负载均衡技术。

1.2.1.1 VS/NAT技术

VS/NAT(VirtualServer via Network Address Translation)技术，主要通过网络地址转换，将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。NAT的工作原理是当内部网络中的主机要访问Internet或被Internet访问时，就需要采用网络地址转换NAT,将内部地址转化为Internet上可用的外部地址。NAT的工作原理是报文头(目标地址、源地址和端口等)被正确改写后，客户端相信他们连接到了一个IP地址，而不同的IP地址服务器组也认为他们与客户直接相连的。由此，可以用NAT方法将不同IP地址的并行网络服务变成一个IP地址上的虚拟服务。VS/NAT的体系结构如图6-2-1-1所示。

                                                                                                           图6-2-1-1

客户端访问服务器的请求包和响应包变化情况如下所示：

访问Web服务的报文可能有以下的源地址和目标地址：

调度器从调度列表中选出一台服务器，例如是172.16.0.3:8000。该报文会被改写为如下地址，并将它发送给选出的服务器。

从服务器返回到调度器的响应报文如下：

响应报文的源地址会被改写为虚拟服务的地址，再将报文发送给客户：

这样，客户认为是从202.103.106.5:80服务得到正确的响应，而不会知道该请求是服务器172.16.0.2还是服务器172.16.0.3处理的。