高可用架构

一、高可用架构概述

1、单点故障概念：

业务只运行在一台服务器上，如果服务器出现故障，就会造成业务中断，甚至数据丢失。

2、高可用架构：

(1) 概念：

高可用架构是指计算机系统能够保证无故障持续运行的概率。

通常采用 高可用概率=可用时间/总时间*100% 来计算实现的高可用性等级。

(2) 系统冗余：

想实现较高的高可用性等级，需要引入系统冗余的理念。

① 系统冗余概念：

使用多台服务器同时提供服务，即使一台服务器（服务器A）出现故障，还可以通过其它服务器（服务器B）响应用户的访问请求。

② 物理服务器冗余方案：

● 通过编写健康检查脚本或软件对服务器状态进行实时检测。

● 让服务器A和服务器B共用一个IP，平时这个IP会挂载在服务器A上，一但服务器A检测出现问题，通过脚本或软件自动的将这个IP切换至服务器B上。

● 安装配置专门的负载均衡设备，这个设备可以关联多台服务器，并可以接受用户请求，根据用户的请求，自动将用户流量分发至关联的服务器中。

③ 云服务器冗余方案：

● 通过快照和镜像功能来完成云服务器上数据的备份，一旦服务器数据出现故障可以通过备份快速恢复数据。

● 通过自定义镜像功能快速再次部署出更多的业务服务器，使用多个相同的网站服务器同时对外提供服务。

● 在这些服务器前面加入一个阿里云负载均衡服务（SLB），让用户先访问到负载均衡，然后由负载均衡再分发流量到具体的服务器上，SLB会通过健康检查功能发现故障ECS，并不再分配用户请求到故障ECS。

● 购买阿里云弹性公网IP，并将SLB绑定到这个弹性公网IP上。拥有一个固定的对外服务的公网IP，通过这个IP对外提供服务，确保网站的高可用。

二、弹性公网IP与负载均衡

1、公网IP与弹性公网IP：

(1) 公网IP：

① 公网IP由公共网络运营商分配，具有独立性、全球唯一性和全球可达性等特点，可让用户通过互联网与其他用户实现数据交流和信息传递。

② 用户使用网站的域名访问网站，而域名会通过DNS域名解析服务解析为公网IP地址，通过公网IP地址找到网站服务器，返回内容。

(2) 弹性公网IP：

① 云服务器出现故障后，需要使用快照和镜像功能快速部署部署新的服务器。新服务器会有新的公网IP地址，一旦服务器换了公网IP，这会导致需要更新域名解析，花费时间长。在此期间，用户会访问到旧的云服务器上，导致访问失败。

② 弹性公网IP概念：

弹性公网IP（Elastic IP Address，简称EIP）是可以独立购买和持有的公网IP地址资源。

EIP通过NAT方式映射到被绑定的云资源上。当EIP和的云资源绑定后，云资源可以通过EIP与公网通信；当云资源被释放后，EIP会和云资源解绑，EIP会保留在账号内。

③ 弹性公网IP好处：

弹性公网IP和云资源是解耦且可以单独持有的，在后期云服务器变更时，无需更改DNS解析，始终使用同一个公网IP对外服务，避免互联网域名解析更新速度慢导致的用户访问中断。

2、负载均衡：

(1) 概念：

负载均衡（Load balancing）是指将客户端请求分配到多台服务器上，实现带宽资源共享、优化资源利用率和提高系统性能的技术。

负载均衡可以有效解决单个服务器容量不足或性能瓶颈的问题，通过平衡流量负载，使多台服务器共同完成请求处理，实现高可用性和高可靠性的服务。

(2) 负载均衡分类：

企业中的负载均衡通常工作在OSI七层模型的四层（传输层）和七层（应用层）

① 四层负载均衡：通常用于TCP/UDP协议。

② 七层负载均衡：通常用于HTTP/HTTPS的Web服务。网站是一种典型的七层服务，需要在负载均衡上开通HTTP协议的80端口。

(3) 负载均衡技术实现：

① 负载均衡通常采用硬件设备或是软件来实现，硬件负载均衡器通过专用硬件设备分发流量 ；软件负载均衡器通过对流量进行转发和控制来实现负载均衡。

② 通过专用硬件实现负载均衡，成本高昂，并且设备容易出现单点故障，一旦设备故障，所有通过此设备分发流量的业务都会瘫痪。

软件负载均衡需要额外占用服务器，安装配置管理、监控相对复杂，需要比较专业的运维工程师，技术投入较大。

3、阿里云负载均衡SLB：

(1) 介绍：

① 阿里云的负载均衡产品采用软件定义负载均衡技术，提供了简单易用的Web页面，操作都可以通过控制台完成。

② SLB可以将流量分发到同地域的不同可用区中，提供跨可用区的流量分发，实现同地域下的跨机房容灾。

③ SLB支持云服务器健康检查，可以智能识别和避开后端存在故障的服务器。

④ SLB提供多种负载均衡类型，包括传统型负载均衡CLB（提供四层和七层负载均衡）、网络型负载均衡NLB（四层）、应用型负载均衡ALB（七层）。

(2) 负载均衡调度算法：

阿里云负载均衡CLB的监听器默认支持的调度算法有：

① 轮询(RR)：当所有的ECS云服务器的硬件规格全部相同时，需要选择轮询调度方法。选择轮询调度的方法后，负载均衡会依次将前端的访问流量分发到不同的服务器上，不会对特定的服务器进行格外关注。

② 加权轮询(WRR)：当有一部分ECS云服务器的硬件规格和其他的ECS云服务器规格不同时，需要选择加权轮询调度方法。给轻载的云服务器设置更多的权重，负载均衡在分发流量时，就会按照权重分发更多的流量到这些服务器上。

③ 一致性哈希(CH)：

● 哈希（hash）是一种将任意长度的数据转化为固定长度的数字的方法，通常以十六进制表示。这个固定长度的数字称为哈希值或者散列值。哈希值通常是唯一的，并且不可逆转。

● 阿里云负载均衡一致性哈希是基于源IP地址或基于四元组 (源IP、目的IP、源端口和目的端口) 的一致性哈希，相同的源地址会调度到相同的后端服务器。

例如：当某客户访问网站时，负载均衡CLB会对此客户的源公网IPv4地址进行哈希，并匹配到后端某一台ECS云服务器。以后此客户再来访问小云的网站时，由于源公网IPv4地址是一样的，所以哈希值也是一样的，所以还会匹配到后端同样的后端ECS云服务器。只要客户的公网IP没有发生变化，就始终会被匹配到相同的ECS 云服务器。

● 访问者与后端某一服务器产生绑定的现象称为会话保持。一致性哈希的调度算法只要用户的公网IP哈希之后的结果一致，就始终由固定的某台服务器为其提供服务。此服务器故障时，原有的用户只需要匹配到下一个服务器即可，减少了整体架构的抖动。

例如使用加权轮询调度算法，权重为50的机器故障后，会重新分配所有流量，会有较大的冲击和抖动，而一致性哈希就不会。

(3) 总结：如何选择调度算法：

① 轮询调度：当所有的ECS云服务器硬件规格和带宽全部相同时，应采用轮询调度算法，避免流量分发不均匀造成服务器压力不均衡的情况发生。

② 加权轮询调度：当ECS云服务器以及带宽并不完全相同时，应采用加权轮询调度算法，给不同配置的ECS云服务器不同的权重值，配置高的机器权重值高，配置低的机器权重指低，以实现整体压力的均衡。

③ 一致性哈希调度：将请求均匀地分配到不同的服务器节点上，避免某一台服务器过于忙碌导致用户体验下降，希望通过将用户的公网IP哈希后对服务器匹配时或服务器故障时减少整体架构抖动时，应采用一致性哈希调度算法。

4、实验：

(1) 实验描述：

① 为两台云服务器ECS实例（web01和web02）配置为传统负载均衡CLB的后端服务器，并通过弹性公网IP绑定CLB，统一弹性的对外提供Web服务。

② 用户访问网站的链路为：通过发起访问请求到弹性公网IP，弹性公网IP绑定了传统负载均衡CLB，请求将由CLB进行处理，CLB会自动根据规则配置将用户请求转发至后端的Web服务器组（web01和web02），Web服务器处理用户请求，并将数据返回给用户。

(2) 完成web服务器配置：

① 分别在两台ECS中，输入 yum install httpd -y 完成httpd安装。

② 分别在两台ECS中完成网站首页的定制，其中web01服务器的主页显示web01、web02服务器的主页显示web02。

③ 运行Apache服务：

systemctl start httpd systemctl enable httpd --now systemctl status httpd

④ 分别在两台ECS中，输入 curl localhost 测试是否网站页面是否能够返回各自的实例名称。

(3) 创建传统型负载均衡：

① 访问传统型负载均衡控制台，点击创建传统负载均衡。

② 购买传统型负载均衡CLB，详细配置要求如下：

付费模式：按量付费

地域和可用区：华东1 可用区H

备可用区：华东1 可用区I

实例名称：web_lb

实例计费方式：按规格计费

实例规格：简约型I

实例类型：私网

(4) 配置传统型负载均衡CLB：

配置监听和后端服务器需要完成以下几个步骤：

配置协议&监听

配置后端服务器

配置健康检查

配置审核

① 协议&监听：

选择TCP协议，并在监听端口处输入80（Web服务默认端口）

② 后端服务器：

● 选择默认服务器组，并点击继续添加，全选两台ECS：

● 后端服务器权重保持默认：

● 在端口处输入80，配置端口：

③ 健康检查、配置审核：

保持默认(开启健康检查)，确认配置无误后，直接点击提交，完成传统负载均衡CLB的配置。

(5) 创建弹性公网IP并绑定负载均衡实例：

前面创建的CLB实例为私网类型，没有公网IP，无法通过公网访问。如果需要让其网站能够通过公网访问，可以绑定到弹性公网IP

绑定步骤为：

创建弹性公网IP

将私网CLB实例绑定到弹性公网IP

测试绑定后是否能够通过弹性公网IP访问到后端服务器（web01和web02）

① 创建弹性公网IP：

打开弹性公网IP控制台，点击创建弹性公网IP，在弹出的弹性公网IP页面完成如下配置：

付费模式：按量付费

地域和可用区：华东1（杭州）

流量：按使用流量计费

带宽峰值：5Mbps

名称：testeip

其余配置默认不变

② 将私网CLB实例绑定到弹性公网IP：

访问弹性公网IP控制台，点击绑定资源按钮，实例类型选择传统型负载均衡CLB实例后，勾选创建的web_lb实例，并点击确定：

③ 通过弹性公网IP验证负载均衡效果：在浏览器中，打开弹性公网IP地址，多次刷新，验证页面是否在显示不同内容。