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中小型网站架构分析及优化

2016-01-09 21:59 程序员之家

作者:李振良

链接:http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1664428


先看网站架构图:



以上网站架构广泛运用中大型网站中,本文从架构每一层分析所用主流技术和解决手段,有助于初入网站运维朋友们,进一步对网站架构认识,从而自己形成一套架构概念。


第一层:CDN


国内网络分布主要南电信北联通,造成跨地区访问延迟大问题,对于有一定访问量网站来说,增加CDN(内容分发网络)层可有效改善此现象,也是网站加速的最好选择。CDN把网站页面缓存到全国分布的节点上,用户访问时从最近的机房获取数据,这样大大减少网络访问的路径。如果想自己搭建CDN,不建议这么做,因为什么呢?其实说白了,就是什么事别往运维上拦。CDN架构部署不复杂,影响效果的因素却很多,后期管理维护也比较复杂,想达到预期的效果确非易事,这是一个费力不讨好的活,最后老板还是感觉是你能力不足。建议找专做CDN的公司,费用也不贵,有抗流量攻击能力,效果也很好,运维也少很多事,何乐而不为呢!


第二层:反向代理(网页缓存)


如果CDN没有缓存要请求的数据则向这层发起请求,在代理服务器配置缓存功能(本地),代理服务器就查找本地缓存是否有CDN请求的数据,如果有就直接返回给CDN,如果没有则请求后端负载均衡器然后转发给WEB服务器返回数据给代理服务器,代理服务器再将结果给CDN。代理服务器一般缓存不经常变动的静态页面,如image、js、css、html等,主流的缓存软件有Squid、Varnish、Nginx。


第三层:负载均衡


访问量较大的网站都会用到负载均衡,因为这是解决单台服务器性能瓶颈的最好办法。反向代理将请求转发给负载均衡器,负载均衡器根据算法(轮训、负载情况选择后端等)交给后端WEB服务处理,WEB服务处理完成后直接返回数据给反向代理服务器。负载均衡合理分配请求给后端多台WEB服务器,减轻单台服务器并发负载,并保证服务可用性。主流的负载均衡软件有LVS、HAProxy、Nginx。


第四层:WEB服务


WEB服务是处理用户请求的,WEB服务处理效率,直接影响到访问速度,为避免这层因素造成访问慢,应对其进行调优,让WEB服务发挥到最佳状态。常见的WEB服务有Apache和Nginx。


Apache优化:


1).mod_deflate压缩模块


查看是否加载:


# apachectl M |grep deflate


如果没有安装使用apxs编译进去:


# /usr/local/apache/bin/apxs c I A apache源码目录/modules/mod_deflate.c

deflate配置参数:


DeflateCompressionLevel6 #压缩等级(1-9),数值越大效率越高,消耗CPU也就越高

SetOutputFilterDEFLATE #启用压缩

AddOutputFilterByTypeDEFLATE text/html text/plain text/xml #压缩类型

AddOutputFilterByTypeDEFLATE css js html htm xml php


2).mod_expires缓存模块


查看是否加载:


# apachectl M |grep expires



如果没有安装使用apxs编译进去:


# /usr/local/apache/bin/apxs c I A apache源码目录/modules/mod_expires.c


再在httpd.conf启用模块:LoadModule expires_module modules/mod_expires.so


缓存机制有三种用法:全局、目录和虚拟主机


全局配置,在配置文件末尾添加:


ExpiresActiveon #启用有效期控制,会自动清除已过期的缓存,然后从服务器获取新的

ExpiresDefault "accessplus 1 days" #默认任意格式的文档都是1天后过期

ExpiresByTypetext/html "access plus 12 months"

ExpiresByTypeimage/jpg "access plus 12 months" #jpg格式图片缓存12月


3).工作模式选择及优化


apache有两种常见工作模式,worker和prefork,默认是worker,是混合型的MPM(多路处理模块),支持多进程和多线程,由线程来处理请求,所以可以处理更多请求,提高并发能力,系统资源开销也小于基于进程的MPM,由于线程使用进程内存空间,进程崩溃会导致其下线程崩溃。而prefork是非线程型MPM,进程占用系统资源也比worker多,由于进程处理连接,在工作效率上也比worker更稳定。可通过apache2 l查看当前工作模式,在编译时使用—with-mpm参数指定工作模式。根据自己业务需求选择不同工作模式,再适当增加工作模式相关参数,可提高处理能力。


配置参数说明:


StartServers 8 #默认启动8个httpd进程

MinSpareServers 5 #最小的空闲进程数

MaxSpareServers 20 #最大的空闲进程数,如果大于这个值,apache会自动kill一些进程

ServerLimit 256 #服务器允许进程数的上限

MaxClients 256 #同时最多发起多少个访问,超过则进入队列等待

MaxRequestsPerChild 4000 #每个进程启动的最大线程


Nginx优化:


1).gzip压缩模块


http {

……

gzip on;

gzip_min_length 1k; #允许压缩的页面最小字节数,默认是0,多大都压缩,小于1k的可能适得其反

gzip_buffers 4 16k; #gzip申请内存的大小,按数据大小的4倍去申请内存

gzip_http_version 1.0; #识别http协议版本

gzip_comp_level 2; #压缩级别,1压缩比最小,处理速度最快,9压缩比最大,处理速度最慢

gzip_types text/plainapplication/x-javascripttext/css application/xml image/jpg; #压缩数据类型

gzip_vary on; #根据客户端的http头来判断,是否需要压缩

}


2).expires缓存模块


server {

location ~ .*.(gif|jpg|png|bmp|swf)$ #缓存数据后缀类型

{

expires 30d; #使用expires缓存模块,缓存到客户端30天

}

location ~ .*.( jsp|js|css)?$

{

expires 1d;

}

}


3).fastcgi优化


nginx不支持直接调用或者解析动态程序(php),必须通过fastcgi(通用网关接口)来启动php-fpm进程来解析php脚本。也就是说用户请求先到nginx,nginx再将动态解析交给fastcgi,fastcgi启动php-fpm解析php脚本。所以我们有必要对fastcgi和php-fpm进行适当的参数优化。


http {

……

fastcgi_cache_path/usr/local/nginx/fastcgi_cache levels=1:2 keys_zone=TEST:10m inactive=5m;

# FastCGI缓存指定一个文件路径、目录结构等级、关键字区域存储时间和非活动删除时间

fastcgi_connect_timeout 300; #指定连接到后端FastCGI的超时时间

fastcgi_send_timeout 300; #指定向FastCGI传送请求的超时时间

fastcgi_read_timeout 300; #指定接收FastCGI应答的超时时间

fastcgi_buffer_size 64k; #指定读取FastCGI应答第一部分需要多大的缓冲区

fastcgi_buffers 4 64k; #指定本地需要用多少盒多大的缓冲区来缓冲FastCGI的应答请求

fastcgi_busy_buffers_size 128k;

fastcgi_temp_file_write_size 128k; #表示在写入缓存文件时使用多大的数据块,默认值是fastcgi_buffers的两倍

fastcgi_cache TEST; #开启fastcgi_cache缓存并指定一个TEST名称

fastcgi_cache_valid 200 302 1h; #指定200、302应答代码的缓存1小时

fastcgi_cache_valid 301 1d; #将301应答代码缓存1天

fastcgi_cache_valid any 1m; #将其他应答均缓存1分钟

{


php-fpm.conf配置参数:


pm =dynamic #两种控制子进程方式(static和dynamic)

pm.max_children= 5 #同一时间存活的最大子进程数

pm.start_servers= 2 #启动时创建的进程数

pm.min_spare_servers= 1 #最小php-fpm进程数

pm.max_spare_servers= 3 #最大php-fpm进程数


4).proxy_cache本地缓存模块


http {

……

proxy_temp_path /usr/local/nginx/proxy_cache/temp; #缓存临时目录

proxy_cache_path /usr/local/nginx/proxy_cache/cache levels=1:2 keys_zone=one:10m inactive=1d max_size=1g;

#缓存文件实际目录,levels定义层级目录,1:2说明1是一级目录,2是二级目录,keys_zone存储元数据,并分配10M内存空间。inctive表示1天没有被访问的缓存就删除,默认10分钟。max_size是最大分配磁盘空间

server {

listen 80;

server_name 192.168.1.10;

location / {

proxy_cache one; #调用缓存区

#proxy_cache_valid 200 304 12h; #可根据HTTP状态码设置不同的缓存时间

proxy_cache_valid any 10m; #缓存有效期为10分钟

}

#清除URL缓存,允许来自哪个网段的IP可以清除缓存(需要安装第三方模块"ngx_cache_purge"),清除URL缓存方法:访问http://192.168.1.10/purge/文件名

location ~ /purge(/.*){

allow 127.0.0.1;

allow 192.168.1.0/24;

deny all;

proxy_cache_purge cache_one$host$1$is_args$args;

}

}


小结:


启用压缩模块可以节省一部分带宽,会增加WEB端CPU处理,但在上图网站架构中,WEB端启用压缩模块并没有起到作用,因为传输到上层走的是局域网。对于直接面向用户的架构还是要启用的。WEB也不用启用expires模块,因为有了反向代理服务器和CDN,所以到不了用户浏览器,开启起不到作用。


如果反向代理使用nginx做代理,可开启expires模块,将静态文件缓存到用户浏览器,浏览器发起请求时,先判断本地缓存是否有请求的数据,如果有再判断是否过期,如果不过期就直接浏览缓存数据,哪怕服务器资源已经改变,所以要根据业务情况合理设置过期时间。


5. 利用PHP缓存器提高代码执行效率


php程序在没有使用缓存器情况下,每次请求php页面,php都会对此页面进行代码编译,这就意味着重复的编译工作会增加服务器负载。有了缓存器就会把每次编译后的数据缓存到共享内存中,下次访问直接使用缓冲区已编译好的代码,从而避免重复的编译过程,以加快其执行效率。因此PHP网站使用缓存器是完全有必要的!主流的PHP缓存器有:eAccelerator、XCache


第五层:动静分离


动静分离,顾名思义,是将动态页面和静态页面分离到不同服务器上处理,比如使用web是nginx,可以让fastcgi部署到单独一台服务器,专门解析php动态页面,静态页面默认由nginx处理,并做好缓存策略。再比如一个商城网站,会有大量的图片,可以考虑增加文件服务器组,将请求图片和上传图片的都交给文件服务器处理。文件服务器主流使用NFS,存在单点故障,可以DRBD+HeartBeat+NFS部署高可用,如果单台压力过大,考虑使用分布式文件系统,如GlusterFS、MooseFS等。


《DRBD + Heratbeat + NFS 高可用文件共享存储》:http://blog.jobbole.com/94718/


第六层:数据库缓存


利用缓存技术,把热数据缓存到内存中,如果请求的数据在缓存中,就直接返回,否则去数据库中取,并更新把拿的数据更新到缓存系统,提高读性能,降低数据库压力。缓存实现有本地缓存和分布式缓存,本地缓存是将数据缓存到本地服务器内存中或者文件中。分布式缓存是将数据缓存到内存中,是分布式的,可以缓存海量数据,扩展性好。主流的分布式缓存系统有Memcached和Redis,Memcached性能稳定,速度很快,QPS可达8w左右。如果想数据持久化就选择用Redis,性能不低于Memcached。


第七层:数据库


这层在整个网站架构中起着主导型作用,直接决定用户体验,相对架构优化也比较复杂,具体请参考博文:《运维角度浅谈 MySQL 数据库优化》


核心思路:减少请求层,尽可能让前端层返回用户请求的数据,减少后端服务器访问频率,最重要是数据库层。

 
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