使用HAProxyPHPRedis和MySQL支撑10亿请求每周架构细节.docx
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使用HAProxyPHPRedis和MySQL支撑10亿请求每周架构细节
在这篇文章中,我将展示一个非常简单的架构,使用HAProxy、PHP、Redis和MySQL支撑每周10亿请求。
除此之外,我还将展示项目未来的横向扩展途径及常见的模式,下面我们一起看细节。
状态:
∙服务器
1.3个应用程序节点
2.2个MySQL+1个备份
3.2个Redis
∙应用程序
1.应用程序每周处理10亿请求
2.峰值700请求每秒的单Symfony2实例(平均工作日约550请求每秒)
3.平均响应时间30毫秒
4.Varnish,每秒请求超过1.2万次(压力测试过程中获得)
∙数据存储
1.Redis储存了1.6亿记录,数据体积大约100GB,同时它是我们的主要数据存储
2.MySQL储存了3亿记录,数据体积大约300GB,通常情况下它作为三级缓存层
平台:
∙监视:
1.Icinga
2.Collectd
∙应用程序
1.HAProxy+Keepalived
2.Varnish
3.PHP(PHP-FPM)+Symfony2Framework
∙数据存储
1.MySQL(主从配置),使用HAProxy做负载均衡
2.Redis(主从配置)
背景
大约1年前,一个朋友找到我并提出了一个苛刻的要求:
它们是一个飞速发展的电子商务初创公司,而当时已经准备向国际发展。
介于那个时候他们仍然是一个创业公司,初始解决方案必须符合所谓的成本效益,因此也就无法在服务器上投入更多的资金。
遗留系统使用了标准的LAMP堆栈,因此他们拥有一个强力的PHP开发团队。
如果必须引入新技术的话,那么这些技术必须足够简单,不会存在太多架构上的复杂性;那么,他们当下的技术团队就可以对应用进行长期的维护。
为了满足他们扩展到下一个市场的需求,架构师必须使用可扩展理念进行设计。
首先,我们审视了他们的基础设施:
老系统使用了单模块化设计思路,底层是一些基于PHP的Web应用程序。
这个初创公司有许多所谓的前端网站,它们大多都使用了独立的数据库,并共享了一些支撑业务逻辑的通用代码。
毫不客气的说,长期维护这种应用程序绝对是一个噩梦:
因为随着业务的发展,有些代码必须被重写,这样的话,修改某个网站将不可避免导致业务逻辑上的不一致,这样一来,他们不得不在所有Web应用程序上做相同的修改。
通常情况下,这该归结于项目管理问题,管理员必须对横跨多个代码库的那些代码负责。
基于这个观点,整改第一步就是提取核心的业务关键功能,并将之拆分为独立的服务(这也是本文的一个重点部分),也就是所谓的面向服务架构,在整个系统内遵循“separationofconcern”原则。
每个服务只负责一个业务逻辑,同时也要明确更高等级的业务功能。
举个形象的例子也就是,这个系统可能是个搜索引擎、一个销售系统等。
前端网站通过RESTAPI与服务交互,响应则基于JSON格式。
为了简单起见,我们没有选择SOAP,一个开发者比较无爱的协议,因为谁都不愿意解析一堆的XML。
提取一些不会经常处理的服务,比如身份验证和会话管理。
这是非常必要的一个环节,因为它们的处理等级比较高。
前端网站负责这个部分,只有它们可以识别用户。
这样一来我们可以保持服务的足够简单,在处理扩展和代码相关问题时都具有巨大的优势,可谓各司其职,完美无缺。
带来的好处:
∙独立子系统(服务)可以便捷的在不同团队中开发,开发者互不干涉,效率理所当然提升。
∙身份验证和会话不会通过它们来管理,因此它们造成的扩展问题不翼而飞。
∙业务逻辑被区分,不同的前端网站不会再存在功能冗余。
∙显著地提高了服务的可用性。
共生的缺点:
为系统管理员带来更大的工作量。
鉴于服务都使用了独立的基础设施,这将给管理员带来更多需要关注的地方。
很难保持向后兼容。
在一年的维护之后,API方法中发生了数不尽的变化。
因此问题发生了,它们必将破坏向后兼容,因为每个网站的代码都可能发生变化,还可能存在许多技术人员同时修改一个网站的情况……然而,一年后,所有方法匹配的仍然是项目开始时建立的文档。
应用程序层
着眼请求工作流,第一层是应用程序。
HAProxy负载均衡器、Varnish和Symfony2应用程序都在这一层。
来自前端网站的请求首先会传递给HAProxy,随后负载均衡器将把他分给不同的节点。
应用程序节点配置
∙XeonE5-1620@3.60GHz,64GBRAM,SATA
∙Varnish
∙Apache2
∙PHP5.4.X(PHP-FPM),使用APC字节码缓存
我们购买了3个这样的服务器,N+1冗余配置的active-active模式,备份服务器同样处理请求。
因为性能不是首要因素,我们为每个节点配置独立的Varnish以降低缓存hit,同时也避免了单点故障(SPOF)。
在这个项目中,我们更重视可用性。
因为一个前端网站服务器中使用了Apache2,我们保留了这个堆栈。
这样一来,管理员不会困扰于太多新加入的技术。
Symfony2应用程序
应用程序本身基于Symfony2建立,这是一个PHP全堆栈框架,提供了大量加速开发的组件。
作为基于复杂框架的典型REST服务可能受到很多人质疑,这里为你细说:
∙对PHP/Symfony开发者友好。
客户端IT团队由PHP开发者组成,添加新技术将意味必须招聘新的开发者,因为业务系统必须做长时间的维护。
∙清晰的项目结构。
PHP/Symfony虽然从来都不是必需品,但却是许多项目的默认选择。
引入新的开发者将非常方便,因为对他们来说代码非常友好。
∙许多现成的组件。
遵循DRY思想……没有人愿意花力气去做重复的工作,我们也不例外。
我们使用了大量的Symfony2ConsoleComponent,这个框架非常有利于做CLI命令,以及应用程序性能分析(debug工具栏)、记录器等。
在选用Symfony2之前,我们做了大量的性能测试以保证应用程序可以支撑计划流量。
我们制定了概念验证,并使用JMeter执行,我们得到了让人满意的结果——每秒700请求时响应时间可以控制在50毫秒。
这些测试给了我们足够的信心,让我们坚信,即使Symfony2这样复杂的框架也可以得到理想的性能。
应用程序分析与监控
我们使用Symfony2工具来监视应用程序,在收集指定方法执行时间上表现的非常不错,特别是那些与第三方网络服务交互的操作。
这样一来,我们可以发现架构中潜在的弱点,找出应用程序中最耗时的部分。
冗长的日志同样是不可缺少的一部分,我们使用PHPMonolog库把这些日志处理成优雅的log-lines,便于开发者和管理员理解。
这里需要注意的是尽可能多地添加细节,越详细越好,我们使用了不同的日志等级:
∙Debug,可能会发生的事情。
比如,请求信息在调用前会传送给一个外部Web服务;事情发生后从API调用响应。
∙Error,当错误发生时请求流并未被终止,比如第三方API的错误响应。
∙Critical,应用程序崩溃的瞬间。
因此,你可以清晰地了解Error和Critical信息。
而在开发/测试环境中,Debug信息同样被记录。
同时,日志被存储在不同的文件中,也就是Monolog库下的“channels”。
系统中有一个主日志文件,记录了所有应用程序级错误,以及各个channel的短日志,从单独的文件中记录了来自各个channel的详细日志。
扩展性
扩展平台的应用程序层并不困难,HAProxy性能并不会在短时间耗尽,唯一需要考虑的就是如何冗余以避免单点故障。
因此,当下需要做的只是添加下一个应用程序节点。
数据层
我们使用Redis和MySQL存储所有的数据,MySQL更多作为三级缓存层,而Redis则是系统的主要数据存储。
Redis
在系统设计时,我们基于以下几点来选择满足计划需求的数据库:
∙在存储大量数据时不会影响性能,大约2.5亿记录
∙通常情况下多是基于特定资源的简单GET请求,没有查找及复杂的SELECT操作
∙在单请求时尽可能多的获得资源以降低延时
在经过一些调查后,我们决定使用Redis
∙大部分我们执行的操作都具有O
(1)或O(N)复杂性,N是需要检索键的数量,这意味着keyspace大小并不会影响性能。
∙通常情况下会使用MGET命令行同时检索100个以上的键,这样可以尽可能的避免网络延时,而不是在循环中做多重GET操作。
我们当下拥有两个Redis服务器,使用主从复制模式。
这两个节点的配置相同,都是XeonE5-2650v2@2.60GHz,128GB,SSD。
内存限制被设置为100GB,通常情况下使用率都是100%。
在应用程序并没有耗尽单个Redis服务器的所有资源时,从节点主要作作备份使用,用以保证高有效性。
如果主节点宕机,我们可以快速的将应用程序切换到从节点。
在维护和服务器迁移时,复制同样被执行——转换一个服务器非常简单。
你可能会猜想当Redis资源被一直耗尽时的情景,所有的键都是持久化类型,大约占90%keyspace,剩余资源被全部被用于TTL过期缓存。
当下,keyspace已经被分为两个部分:
一个是TTL集(缓存),另一个则是用于持久化数据。
感谢“volatile-lru”最大化内存设置的可行性,最不经常使用缓存键会被移除。
如此一来,系统就可以一直保持单Redis实例同时执行两个操作——主存储和通用缓存。
使用这个模式必须一直监视“期满”键的数量:
db.redis1:
6379>infokeyspace
#Keyspace
db0:
keys=16XXXXXXX,expires=11XXXXXX,avg_ttl=0
“期满”键数量越接近0情况越危险,这个时候管理员就需要考虑适当的分片或者是增加内存。
我们如何进行监控?
这里使用Icingacheck,仪表盘会显示数字是否会达到临界点,我们还使用了Redis来可视化“丢失键”的比率。
在一年后,我们已经爱上了Redis,它从未让我们失望,这一年系统从未发生任何宕机情况。
MySQL
在Redis之外,我们还使用了传统RDBMS——MySQL。
但是区别于他人,我们通常使用它作为三级缓存层。
我们使用MySQL存储一些不会经常使用对象以降低Redis的资源使用率,因此它们被放到了硬盘上。
这里没有什么可说道的地方,我们只是尽可能地让其保持简单。
我们使用了两个MySQL服务器,配置是XeonE5-1620@3.60GHz,64GBRAM,SSD。
两个服务器使用本地、异步的主-主复制。
此外,我们使用一个单独的从节点作为备份。
MySQL的高可用性
在应用程序中,数据库永远是最难的瓶颈。
当前,这里还不需要考虑横向扩展操作,我们多是纵向扩展Redis和MySQL服务器。
当下这个策略还存在一定的发展空间,Redis运行在一个126GB内存的服务器上,扩展到256GB也并不困难。
当然,这样的服务器也存在劣势,比如快照,又或是是简单的启动——Redis服务器启动需要很长的时间。
在纵向扩展失效后进行的必然是横向扩展,值得高兴的是,项目开始时我们就为数据准备了一个易于分片的结构:
在Redis中,我们为记录使用了4个“heavy”类型。
基于数据类型,它们可以分片到4个服务器上。
我们避免使用哈希分片,而是选择基于记录类型分片。
这种情况下,我们仍然可以运行MGET,它始终在一种类型键上执行。
在MySQL上,结构化的表格非常易于向另一台服务器上迁移——同样基于记录类型(表格)。
当然,一旦基于记录类型的分片不再奏效,我们将转移至哈希。
学到的知识
∙不要共享你的数据库。
一旦一个前端网站期望切换会话处理到Redis,Redis缓存空间将被耗尽,同时它会拒绝应用程序保存下一个缓存键。
这样一来所有的缓存将转至MySQL服务器,这将导致大量开销。
∙日志越详细越好。
如果log-lines中没有足够的信息,快速Debug问题定位将成为难点。
如此一来,你不得不等待一个又一个问题发生,直到找到根结所在。
∙架构中使用复杂的框架并不意味着低性能。
许多人惊讶我们使用全堆栈框架来支撑如此流量应用程序,其秘诀在于更聪明的使用工具,否则即使是Node.js也可能变得很慢。
选择一个提供良好开发环境的技术,没有人期望使用一堆不友好的工具,这将降低开发团队士气。