高并发的准备文档

Web2.0的兴起，掀起了互联网新一轮的网络创业大潮。以用户为导向的新网站建设概念，细分了网站功能和用户群，不仅成功的造就了一大批新生的网站，也极大的方便了上网的人们。但Web2.0以用户为导向的理念，使得新生的网站有了新的特点——高并发，高流量，数据量大，逻辑复杂等，对网站建设也提出了新的要求。

　　本文围绕高并发高流量的网站架构设计问题，主要研究讨论了以下内容：

　　首先在整个网络的高度讨论了使用镜像网站，CDN内容分发网络等技术对负载均衡带来的便利及各自的优缺点比较。然后在局域网层次对第四层交换技术，包括硬件解决方案F5和软件解决方案LVS，进行了简单的讨论。接下来在单服务器层次，本文着重讨论了单台服务器的Socket优化，硬盘级缓存技术，内存级缓存技术，CPU与IO平衡技术（即以运算为主的程序与以数据读写为主的程序搭配部署），读写分离技术等。在应用层，本文介绍了一些大型网站常用的技术，以及选择使用该技术的理由。最后，在架构的高度讨论了网站扩容，容错等问题。

　　本文以理论与实践相结合的形式，结合作者实际工作中得到的经验，具有较广泛的适用性。

　　1 引言

　　1.1 互联网的发展

　　最近十年间，互联网已经从一个单纯的用于科研的，用来传递静态文档的美国内部网络，发展成了一个应用于各行各业的，传送着海量多媒体及动态信息的全球网络。从规模上看，互联网在主机数、带宽、上网人数等方面几乎一直保持着指数增长的趋势，2006年7月，互联网上共有主机439，286，364台，WWW 站点数量达到 96，854，877个 ［1］。全球上网人口在2004 年达到 7 亿 2900万 ［2］，中国的上网人数在 2006 年 12 月达到了约 1亿3700 万［3］。另一方面，互联网所传递的内容也发生了巨大的变化，早期互联网以静态、文本的公共信息为主要内容，而目前的互联网则传递着大量的动态、多媒体及人性化的信息，人们不仅可以通过 互联网阅读到动态生成的信息，而且可以通过它使用电子商务、即时通信、网上游戏等交互性很强的服务。因此，可以说互联网已经不再仅仅是一个信息共享网络，而已经成为了一个无所不在的交互式服务的平台。



　　1.2 互联网网站建设的新趋势

　　互联网不断扩大的规模，日益增长的用户群，以及web2.0［4］的兴起，对互联网网站建设提出了新的要求:

　　高性能和高可扩展性。2000 年 5 月，访问量排名世界第一（统计数据来源［5］）的Yahoo ［6］声称其日页浏览数达到 6 亿 2500 万，即每秒约 30，000 次HTTP 请求(按每个页面浏览平均产生 4 次请求计算) 。这样大规模的访问量对服务的性能提出了非常高的要求。更为重要的是， 互联网受众的广泛性，使得成功的互联网服务的访问量增长潜力和速度非常大，因此服务系统必须具有非常好的可扩展性，以应付将来可能的服务增长。

　　支持高度并发的访问。高度并发的访问对服务的存储与并发能力提出了很高的要求，当前主流的超标量和超流水线处理器能处理的并发请求数是有限的，因为随着并发数的上升，进程调度的开销会很快上升。互联网广域网的本质决定了其访问的延迟时间较长，因此一个请求完成时间也较长，按从请求产生到页面下载完成 3 秒计算， Yahoo 在 2000 年 5 月时平均有 90，000 个并发请求。而且对于较复杂的服务，服务器往往要维护用户会话的信息，例如一个互联网网站如果每天有 100 万次用户会话，每次 20分钟的话，那平均同时就会有约 14000 个并发会话。

　　高可用性。互联网服务的全球性决定了其每天 24 小时都会有用户访问，因此任何服务的停止都会对用户造成影响。而对于电子商务等应用，暂时的服务中止则意味着客户的永久失去及大量的经济损失，例如ebay.com［7］1999 年 6 月的一次 22小时的网站不可访问，对此网站的 380万用户的忠诚度造成巨大影响，使得 Ebay 公司不得不支付了近500万美元用于补偿客户的损失，而该公司的市值同期下降了 40 亿美元［8］。因此，关键互联网应用的可用性要求非常高。


　　1.3 新浪播客的简介

　　以YouTube［9］为代表的微视频分享网站近来方兴未艾，仅2006年一年，国内就出现近百家仿YouTube的微视频分享网站［10］，试图复制YouTube的成功模式。此类网站可以说是Web2.0概念下的代表网站，具有Web2.0网站所有典型特征：高并发，高流量，数据量大，逻辑复杂，用户分散等等。新浪［11］作为国内最大的门户网站，在2005年成功运作新浪博客的基础上，于2006年底推出了新浪播客服务。新浪播客作为国内门户网站中第一个微视频分享服务的网站，依靠新浪网站及新浪博客的巨大人气资源，在推出后不到半年的时间内，取得了巨大的成功：同类网站中上传视频数量第一、流量增长最快、用户数最多［12］，所有这些成绩的取得的背后，是巨大的硬件投入，良好的架构支撑和灵活的应用层软件设计。

　　2.1 镜像网站技术

　　镜像网站是指将一个完全相同的站点放到几个服务器上，分别有自己的URL，这些服务器上的网站互相称为镜像网站［13］。镜像网站和主站并没有太大差别，或者可以视为主站的拷贝。镜像网站的好处是：如果不能对主站作正常访问（如服务器故障，网络故障或者网速太慢等），仍能通过镜像服务器获得服务。不便之处是：更新网站内容的时候，需要同时更新多个服务器；需要用户记忆超过一个网址，或需要用户选择访问多个镜像网站中的一个，而用户选择的，不一定是最优的。在用户选择的过程中，缺乏必要的可控性。

　　在互联网发展的初期，互联网上的网站内容很少，而且大都是静态内容，更新频率底。但因为服务器运算能力低，带宽小，网速慢，热门网站的访问压力还是很大。镜像网站技术在这种情况下作为一种有效解决方案，被广泛采用。随着互联网的发展，越来越多的网站使用服务器端脚本动态生成内容，同步更新越来越困难，对可控性要求越来越高，镜像技术因为不能满足这类网站的需要，渐渐的淡出了人们的视线。但有一些大型的软件下载站，因为符合镜像网站的条件——下载的内容是静态的，更新频率较低，对带宽，速度要求又比较高，如国外的SourceForge （http://www.SourceForge.net，著名开源软件托管网站），Fedora（http://fedoraproject.org，RedHat赞助的Linux发行版），国内的华军软件园（http://www.onlinedown.net），天空软件站（http://www.skycn.com）等，还在使用这项技术（图1）。