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016-09-18?58沈劍?架構師之路

上一篇文章“一分鐘了解負載均衡的一切”引起了不少同學的關注，評論中大家爭論的比較多的一個技術點是接入層負載均衡技術，部分同學持這樣的觀點：

1）nginx前端加入lvs和keepalived可以替代“DNS輪詢”

2）F5能搞定接入層高可用、擴展性、負載均衡，可以替代“DNS輪詢”

“DNS輪詢”究竟是不是過時的技術，是不是可以被其他方案替代，接入層架構技術演進，是本文將要細致討論的內容。

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一、問題域

nginx、lvs、keepalived、f5、DNS輪詢，每每提到這些技術，往往討論的是接入層的這樣幾個問題：

1）可用性：任何一臺機器掛了，服務受不受影響

2）擴展性：能否通過增加機器，擴充系統的性能

3）反向代理+負載均衡：請求是否均勻分攤到后端的操作單元執行

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二、上面那些名詞都是干嘛的

由于每個技術人的背景和知識域不同，上面那些名詞縮寫（運維的同學再熟悉不過了），還是花1分鐘簡單說明一下（詳細請自行“百度”）：

1）nginx：一個高性能的web-server和實施反向代理的軟件

2）lvs：Linux Virtual Server，使用集群技術，實現在linux操作系統層面的一個高性能、高可用、負載均衡服務器

3）keepalived：一款用來檢測服務狀態存活性的軟件，常用來做高可用

4）f5：一個高性能、高可用、負載均衡的硬件設備（聽上去和lvs功能差不多？）

5）DNS輪詢：通過在DNS-server上對一個域名設置多個ip解析，來擴充web-server性能及實施負載均衡的技術

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三、接入層技術演進

【裸奔時代（0）單機架構】

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裸奔時代的架構圖如上：

1）瀏覽器通過DNS-server，域名解析到ip

2）瀏覽器通過ip訪問web-server

缺點：

1）非高可用，web-server掛了整個系統就掛了

2）擴展性差，當吞吐量達到web-server上限時，無法擴容

注：單機不涉及負載均衡的問題

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【簡易擴容方案（1）DNS輪詢】

假設tomcat的吞吐量是1000次每秒，當系統總吞吐量達到3000時，如何擴容是首先要解決的問題，DNS輪詢是一個很容易想到的方案：

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此時的架構圖如上：

1）多部署幾份web-server，1個tomcat抗1000，部署3個tomcat就能抗3000

2）在DNS-server層面，域名每次解析到不同的ip

優點：

1）零成本：在DNS-server上多配幾個ip即可，功能也不收費

2）部署簡單：多部署幾個web-server即可，原系統架構不需要做任何改造

3）負載均衡：變成了多機，但負載基本是均衡的

缺點：

1）非高可用：DNS-server只負責域名解析ip，這個ip對應的服務是否可用，DNS-server是不保證的，假設有一個web-server掛了，部分服務會受到影響

2）擴容非實時：DNS解析有一個生效周期

3）暴露了太多的外網ip

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【簡易擴容方案（2）nginx】

tomcat的性能較差，但nginx作為反向代理的性能就強多了，假設線上跑到1w，就比tomcat高了10倍，可以利用這個特性來做擴容：

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此時的架構圖如上：

1）站點層與瀏覽器層之間加入了一個反向代理層，利用高性能的nginx來做反向代理

2）nginx將http請求分發給后端多個web-server

優點：

1）DNS-server不需要動

2）負載均衡：通過nginx來保證

3）只暴露一個外網ip，nginx->tomcat之間使用內網訪問

4）擴容實時：nginx內部可控，隨時增加web-server隨時實時擴容

5）能夠保證站點層的可用性：任何一臺tomcat掛了，nginx可以將流量遷移到其他tomcat

缺點：

1）時延增加+架構更復雜了：中間多加了一個反向代理層

2）反向代理層成了單點，非高可用：tomcat掛了不影響服務，nginx掛了怎么辦？

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【高可用方案（3）keepalived】

為了解決高可用的問題，keepalived出場了（之前的文章“使用shadow-master保證系統可用性”詳細介紹過）：

此時：

1）做兩臺nginx組成一個集群，分別部署上keepalived，設置成相同的虛IP，保證nginx的高可用

2）當一臺nginx掛了，keepalived能夠探測到，并將流量自動遷移到另一臺nginx上，整個過程對調用方透明

優點：

1）解決了高可用的問題

缺點：

1）資源利用率只有50%

2）nginx仍然是接入單點，如果接入吞吐量超過的nginx的性能上限怎么辦，例如qps達到了50000咧？

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【scale up擴容方案（4）lvs/f5】

nginx畢竟是軟件，性能比tomcat好，但總有個上限，超出了上限，還是扛不住。

lvs就不一樣了，它實施在操作系統層面；f5的性能又更好了，它實施在硬件層面；它們性能比nginx好很多，例如每秒可以抗10w，這樣可以利用他們來擴容，常見的架構圖如下：

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此時：

1）如果通過nginx可以擴展多個tomcat一樣，可以通過lvs來擴展多個nginx

2）通過keepalived+VIP的方案可以保證可用性

99.9999%的公司到這一步基本就能解決接入層高可用、擴展性、負載均衡的問題。

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這就完美了嘛？還有潛在問題么？

好吧，不管是使用lvs還是f5，這些都是scale up的方案，根本上，lvs/f5還是會有性能上限，假設每秒能處理10w的請求，一天也只能處理80億的請求（10w秒吞吐量*8w秒），那萬一系統的日PV超過80億怎么辦呢？（好吧，沒幾個公司要考慮這個問題）

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【scale out擴容方案（5）DNS輪詢】

如之前文章所述，水平擴展，才是解決性能問題的根本方案，能夠通過加機器擴充性能的方案才具備最好的擴展性。

facebook，google，baidu的PV是不是超過80億呢，它們的域名只對應一個ip么，終點又是起點，還是得通過DNS輪詢來進行擴容：

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此時：

1）通過DNS輪詢來線性擴展入口lvs層的性能

2）通過keepalived來保證高可用

3）通過lvs來擴展多個nginx

4）通過nginx來做負載均衡，業務七層路由

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四、結論

聊了這么多，稍微做一個簡要的總結：

1）接入層架構要考慮的問題域為：高可用、擴展性、反向代理+擴展均衡

2）nginx、keepalived、lvs、f5可以很好的解決高可用、擴展性、反向代理+擴展均衡的問題

3）水平擴展scale out是解決擴展性問題的根本方案，DNS輪詢是不能完全被nginx/lvs/f5所替代的

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末了，上一篇文章有同學留言問58到家采用什么方案，58到家目前部署在阿里云上，前端購買了SLB服務（可以先粗暴的認為是一個lvs+keepalived的高可用負載均衡服務），后端是nginx+tomcat。

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五、挖坑

接入層講了這么多，下一章，準備講講服務層“異構服務的負載均”（牛逼的機器應該分配更多的流量，如何做到？）。

希望大家有收獲，轉發一篇文章只需要3秒鐘，求3秒。

==【完】==

轉載于:https://www.cnblogs.com/davidwang456/p/6474049.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的lvs为何不能完全替代DNS轮询--转的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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