最近.NET的世界開始鬧騰了，微軟官方終于加入到了對.NET跨平臺的支持，并且在不久的將來，我們在VS里面寫的代碼可能就可以通過Mono直接在Linux和Mac上運行。那么大家(開發(fā)者和企業(yè))為什么那么的迫切的希望.NET跨平臺呢?第一個理由是便宜，淘寶號稱4萬多臺服務(wù)器全部運行在Linux，Linux平臺下還有免費的MySql,這些都是免費的，這些省下來直接就是利潤呀，做企業(yè)的成本可以降低又沒有任何損失，何樂而不為呢?第二個理由是在Linux系統(tǒng)下還有很多非常優(yōu)秀的構(gòu)架(當(dāng)然同樣也是免費的)，分布式緩存Memcached, 大數(shù)據(jù)處理構(gòu)架Hadoop等等，這些都為一些大型的分布式系統(tǒng)提供了很好的支撐，當(dāng)然還有諸如Liniux系統(tǒng)本身的一些安全和網(wǎng)絡(luò)方面的優(yōu)勢，等等。 所以也難怪大佬們都紛紛不約而同的沒有選擇.NET。

但是如果.NET也支持跨平臺之后，那這樣的格局可能就要發(fā)生變化了。上面所有的優(yōu)勢依然可以保留，并且加上它語法的優(yōu)越性，以及快速的開發(fā)效率等，還是會為其爭得一席之地的。

但是，是不是Windows平臺下就不能實現(xiàn)這些大型的分布式系統(tǒng)呢?我相信這個問題已經(jīng)被廣泛討論過，但是至少我沒有看到比較清晰的，完整的案例。帶著這些問題，我決定升級我的機器，自己從頭到尾在windows平臺下搭建一個高可擴(kuò)展性的分布式網(wǎng)站出來。我經(jīng)驗尚淺，很多的東西還處于摸索階段，所以如果有錯誤，還請大師多多指點。

什么是負(fù)載均衡

負(fù)載均衡可以幫我們解決兩個方面的問題，第一個即提高可用性。這里面的可用性主要是從WEB服務(wù)器，的角度來講的，如果說我們只有一臺Web服務(wù)器，而它遇到了某種未知的錯誤導(dǎo)致IIS無法啟動，那么我們的網(wǎng)站就無法訪問了，這就是一種比較低的可用性。那么利用負(fù)載均衡，放在我們Web服務(wù)器的前面，由它來收集所有的請求，然后轉(zhuǎn)發(fā)給我們的Web服務(wù)器， 這時候我們就可以添加兩臺Web服務(wù)器，如果其中有一臺壞了，至少還有另一臺在工作，也不至于導(dǎo)致我們的網(wǎng)絡(luò)無法訪問。

 

 

當(dāng)然，有人可能會問，如果那臺Load balancer壞了怎么辦?那不是還是訪問不了網(wǎng)站么?我們這里討論的是提高可用性，在做到365天*24小時不間斷的服務(wù)，需要有另外的組件來支撐，我們留在后面討論。除了可用性以外，負(fù)載均衡還可以幫助我們提高可擴(kuò)展性，當(dāng)然這個可擴(kuò)展性同樣是指的Web服務(wù)器層面。從網(wǎng)站性能的角度來講，好幾個程序員花上好幾天的時間做了一些優(yōu)化所帶來的效果有時候可能還沒有直接加一根內(nèi)存條來的快。內(nèi)存加完了沒什么影響，我們還可以換更好的CPU，CPU換完了，我們還可以用固態(tài)硬盤，甚至很多公司已經(jīng)開始直接把數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中了(注：具體場景具體對待)。 如果這些都不可以再加了呢?那就再加機器吧，一臺服務(wù)器可以處理1000個并發(fā)，那么兩臺理論上是2000了，所以這就有了我們的橫向擴(kuò)展。

 

 

負(fù)責(zé)均衡器分發(fā)請求的類型

所有的請求首先全部到達(dá)Load balancer，再由它轉(zhuǎn)發(fā)到具體的Web服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)的方式分為以下幾種：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度(Round-robin):最簡單的方式，這種方式基本上不能算是負(fù)載均衡。第一個請求給web1，下一個給web2，再下一個給web3... 不會考慮某 一個服務(wù)器是不是負(fù)荷太重等等。

基于權(quán)重的分配(Weight-based): 可以配置每一臺服務(wù)器處理請求數(shù)據(jù)的比例，特別適合那種有某臺服務(wù)器配置不一樣的場景。比如說某臺服務(wù)器配置特別好，那我們可以讓它多處理一些請求。

隨機(Random): 隨機分配。

粘性session(Sticky Session): Load balancer會跟蹤請求，確保同一個session id的請求都交給同一樣服務(wù)器。

最空閑優(yōu)先(Least current request)：將最新的請求轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)前處理請求數(shù)量最小的那個服務(wù)器。

響應(yīng)時間優(yōu)先(Response time)：哪臺服務(wù)器當(dāng)前響應(yīng)時間最短就給哪臺。

用戶或URL參數(shù)選擇(User or URL information)：部分負(fù)載均衡器還提供根據(jù)一些參數(shù)來決定哪臺服務(wù)器來處理，比如說根據(jù)用戶信息，地址位置，URL參數(shù)，cookie信息等 。

我們還可以根據(jù)負(fù)載均衡器所使用的技術(shù)將它們分為以下幾類：

反向代理：負(fù)載均衡器作為一個代理，同時維持著兩個TCP請求，從客戶端接收請求，然后將請求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的Web 服務(wù)器,等Web返回Response的時候是返回給了代理服務(wù)器，然后再由代理服務(wù)器轉(zhuǎn)交給真正的客戶端。這樣就會導(dǎo)致有一些功能不可用，比如在WEB服務(wù)器環(huán)境查看請求的來源IP實際上成了我們代理服務(wù)器的IP等。

透明反向代理：和上面的代理服務(wù)器一樣，只不過WEB服務(wù)器從Request中獲取到的信息是真正客戶端的信息，就是好像沒有使用代理一樣的。

直接服務(wù)器返回：通過更改WEB服務(wù)器的MAC 地址來實現(xiàn)分發(fā)請求，在這種方式下，WEB服務(wù)器不會像上面使用代理服務(wù)器一樣，請求處理完之后是直接返回給客戶端的，所有相對于反向代理來說這種方式的性能會更快一些。

NAT 負(fù)載均衡：NAT(Network Address Translation網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)，將網(wǎng)絡(luò)包(可以理解成TCP包)中的目標(biāo)IP地址變成實現(xiàn)要處理這個請求的WEB服務(wù)器的地址。

Microsoft 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡：Windows 自帶的負(fù)載均衡組件，一會我們就用它來做測試。

不使用負(fù)載均衡的測試結(jié)果

一臺獨立的服務(wù)器

我們可以從一個網(wǎng)站的最初級版本開始說起，最開始的時候我們決定搭建一個網(wǎng)站，但是我們也不知道效果會怎么樣，光鍵是那時候，我們很窮，于是我們租用了一臺托管主機，它可能承擔(dān)了至少三個或以上的角色：WEB服務(wù)器、靜態(tài)資源服務(wù)器，以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。我們可以用ASP.NET MVC4 + SQL 2008來做一個基本的電子商務(wù)網(wǎng)站，基本夠用了。但是能夠承載多大的訪問量呢?下面我們來做一個簡單的測試(注意：本文以后本系列所面所有的測試都是在虛擬機上進(jìn)行的，忽略網(wǎng)絡(luò)的因素，以及多臺虛擬機同時運行時CPU資源的因素，所以測試結(jié)果只是一個參考)。

在我的機器上有一臺虛擬機配置如下：

CPU: Intel Core I5- 4570, 3.19GHz,

內(nèi)存: 4G

硬盤：20G (ShineDisk 固態(tài)硬盤)

測試頁面沒有什么復(fù)雜的邏輯，利用ASP.NET MVC4 + Entityframework 6.0 + SQL 2008 + IIS8.5來實現(xiàn)， 我們的頁面也只是一個簡單的列表頁，列出系統(tǒng)里面所有的商品。

Home Controller 代碼

 

 

Index.cshtml 代碼

 

 

在數(shù)據(jù)庫初始化的時候插入500條測試數(shù)據(jù)

 

 

連接字符串就使用本地連接就可以了。

1

2

3

 

我們使用的輕量級的ab來做壓力測試，如果不熟悉ab的可以點這里，下面是測試的結(jié)果：

ab -n1000 -c100 http://192.168.1.131

 

 

通過測試發(fā)現(xiàn)，我們這單個服務(wù)器的吞吐率接近在110~130之間，而一旦并發(fā)數(shù)達(dá)到200以后，每個請求的處理時間就達(dá)到1.5s多了，400個并發(fā)用戶的時候每個請求要花上3s多的時間。如果在真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中可能會更差。由此我們可以得出我們這個服務(wù)器可能最大支持120人左右同時訪問。

WEB服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分離

現(xiàn)在我們來做一個花費不是很大，又空間做的擴(kuò)展，也不需要改任何架構(gòu)，我們只是再加一臺專門的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

 

 

下面我們再來看一下測試結(jié)果：

 

 

大家可以看到，這里我們的吞吐率(每秒處理請求數(shù)已經(jīng)提升到了150左右)，并發(fā)處理能力提升了50%，并且300和400并發(fā)的時候響應(yīng)時間也比上面的架構(gòu)要好一些。#p#

使用負(fù)載均衡的測試結(jié)果

安裝網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡(NLB)

上面我們一臺獨立的Web服務(wù)器和一臺獨立的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的組合已經(jīng)可以處理150左右的并發(fā)了，現(xiàn)在我們假想一下如果網(wǎng)站的的知名度越來越大，如果同時有400個用戶來訪問怎么辦? 從上面的圖中我們可以看到400個并發(fā)的時候服務(wù)器的處理時間為2582.637ms(實現(xiàn)上這是拿到響應(yīng)的時間，因為我們是一臺機器上的不同虛擬機，我是在主機上做測試，所以我們就忽略網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間，假設(shè)這個就是我們的服務(wù)器處理時間)，這個服務(wù)器響應(yīng)時間也就是我們通過F12->網(wǎng)絡(luò) 中看到的等待時間 。

 

 

頁面什么時候能拿到這個響應(yīng)還要加上網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間，也就是Receiving。1ms的傳輸時間堪稱神速啊!我家用的長城寬帶10M，總是早上網(wǎng)絡(luò)出奇的好，一到晚上就掛掉了，還有可能就是你們現(xiàn)在都沒有上博客園 :)

用戶體驗黃金法則之一: 網(wǎng)站加載時間 = 用戶體驗，別說3S，可能等個2S你頁面還不出來，用戶準(zhǔn)備離開了，下面是淘寶購物車頁面的加載時間 。

 

 

國內(nèi)很多大型的網(wǎng)站的響應(yīng)時間基本上都控制在100ms以內(nèi)，基本達(dá)到那種一輸入地址敲回車，眨眼之間頁面就出來了。當(dāng)然這并不是光有個負(fù)載均衡加幾臺web服務(wù)器就能解決的，我們后來再來一步一步的實踐下去。 話說回來，我們上面的測試結(jié)果基本上只有并發(fā)為10的時候響應(yīng)時間是在100ms以內(nèi)的， 看來我們還有很長的一段路要走啊。

正所謂“最好的架構(gòu)是進(jìn)化而來的，而不是設(shè)計出來的” ，面對我們現(xiàn)在的瓶頸暫時通過負(fù)載均衡添加多臺Web服務(wù)器就可以了。我們上面講到負(fù)載均衡器類型的時候有一種 Microsoft負(fù)載均衡，我們可以很輕松的通過服務(wù)器管理器來將這些組件安裝到我們的服務(wù)器中。 安裝我們就不講了，就是通過服務(wù)器管理-> 添加角色和功能->在功能中選擇“網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡” 然后安裝就可以了。

 

 

注意：圖中的Load balancer實際上是不存在的，因為只要我們2臺Web服務(wù)器安裝了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡組件，在其中任意一臺上建立群集就可以了，圖是為了方便大家理解。

這樣的話我們的服務(wù)器架構(gòu)就成了下面這個樣子：

 

 

192.168.1.254 就是我們暴露的外部IP地址，訪問192.168.1.254的請求就會轉(zhuǎn)發(fā)給后面的兩臺WEB服務(wù)器。#p#

配置網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡

在我們?yōu)樯厦?臺WEB服務(wù)器安裝NLB之后，我們在其中任意一臺上來新建群集，然后將另外一臺加入到這個群集中即可，我們就在web-01(192.168.1.130)上來新建這個群集。在建立群集之前，我們要確保這2臺服務(wù)器都是使用的靜態(tài)IP，否則無法將他們加入到群集中。

在web-01(192.168.1.130)上從管理工具中打開 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡器

右擊“網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡群集”，選擇“新建群集”

 

 

在“新群集：連接”窗口中將 192.168.1.130添加為主機，點擊下一步

進(jìn)入 “新群集：主機參數(shù)”，直接下一步

進(jìn)入 “新群集：群集IP地址”， 添加窗口中的“添加” 將192.168.1.254 添加到窗口中然后點擊下一步

 

 

 

 

進(jìn)入 “新群集：群集參數(shù)”，選擇“多播”然后點擊下一步

進(jìn)入 “新群集：端口規(guī)則”，選中全部，然后點擊編輯

 

 

將端口范圍改成 80~80，協(xié)議選 “TCP”，相關(guān)性選“無”

 

 

點擊確定回到主窗口，然后點擊完成。

通過上面的步驟，我們已經(jīng)建立了一個群集，并且將web-01加入到了群集中，我們還需要手動將web-02也加入到群集中。

 

 

在群集(192.168.1.254)上右鍵點擊“添加主機到群集”

在“將主機添加到群集：連接”窗口中的 主機中輸入192.168.1.131然后后面一下點下一步即可。

 

 

現(xiàn)在我們就可以到我們的真實機器上去訪問192.168.1.254了，也就是說馬上我們就進(jìn)入測試環(huán)節(jié)了。

測試結(jié)果

本文中所有的測試結(jié)果都沒有取第一次的結(jié)果，EF也需要預(yù)熱，同樣的查詢在EF中也是有緩存的，所以第一次的結(jié)果會與后面的測試結(jié)果有很大的區(qū)別，后面的幾次(在相同參數(shù)下)基本差別就不大了。

 

 

可以看到現(xiàn)在我們的吞吐率大概平均在230左右，與一臺WEB服務(wù)器+一臺DB服務(wù)器相比，處理能力又提高了50%，為什么不是100%呢?一臺WEB服務(wù)器能處理150的并發(fā)，那兩臺應(yīng)該是300才對呀?我能夠想到以下原因：

我們的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器只有一臺，數(shù)據(jù)庫的處理能力提不上去最終影響WEB服務(wù)器的處理能力

我們采用的是虛擬機，并非實際的機器，他們實際上是共用CPU，不知道在這種情況下對測試結(jié)果會不會有影響(虛擬化專家可以分享一下)。

為了驗證一下，我再擴(kuò)展了一臺WEB服務(wù)器，我們使用3臺WEB服務(wù)器+1臺DB服務(wù)器看看是什么效果。

 

 

我們新建一臺虛擬機web-03，然后將它也加入到我們的群集中。

 

 

測試開始!

 

 

在加入第三臺WEB服務(wù)器之后，我們的吞吐率(每秒處理請求數(shù))再次得到提升從230升至360，并發(fā)處理能力再次提升56%，并且大家可以看到，400并發(fā)以下的平均每請求處理時間都在1s以內(nèi)，可喜可賀啊!

最后上兩圖讓大家更直觀的看一下這些性能的變化：

 

 

 

 

以上數(shù)據(jù)均來自本人機器上的測試，虛擬機全部采用與第一臺服務(wù)器同樣的配置。

小結(jié)

在網(wǎng)站架構(gòu)的不斷演變中，負(fù)載均衡起著非常重要的位置，不僅僅為我們提升可靠性和可擴(kuò)展性，有一些比較強大的硬件設(shè)備還能提供緩存，以及session機制。今天我們用到的負(fù)載均衡是Windows Server自帶的一個組件，它是最簡單實現(xiàn)負(fù)載均衡的方式，但是功能不是特別完善，而且一旦NLB本身發(fā)生錯誤那么將導(dǎo)致所有的網(wǎng)站都不能訪問，我們后面就來通過引入APR(Application Request Router)來解決這個問題，想要真正了解大型網(wǎng)站的架構(gòu)實現(xiàn)，而不是僅僅知道負(fù)載均衡，分布式緩存，數(shù)據(jù)庫分離這些名詞么?那就來跟我一起學(xué)習(xí)吧!另外我們今天只是用一個簡單的頁面做了壓力測試，只有讀數(shù)據(jù)的操作，還沒有寫的操作，也沒有任何復(fù)雜的事務(wù)，但是別擔(dān)心，我們一步一步來 :) 。