前段時間趁空把《大規模web服務開發技術》這本書看完了，今天用一下午時間重新翻了一遍，把其中的要點記了下來，權當復習和備忘。由于自己對數據壓縮、全文檢索等還算比較熟，所以筆記內容主要涉及前5章內容，后面的零星記了一些。本文可能對如下人士比較有幫助：1、對這本書有興趣，但對內容存疑的；2、對大規模Web服務有一定經驗的，可對照著查漏補缺。
Hatena的規模(2010年4月)
- 注冊用戶150w，UU1900w/月
- 請求數：幾十億/月
- 繁忙時流量：850Mbps（不含圖像）
- 硬件（服務器）600臺，通過虛擬化技術，主機超過1300臺
- 日志每天幾GB級別，數據庫GB到TB級別
系統增長的戰略
- 最小化開端、預見變化的管理和設計
平衡效率和質量
- 開會、規范化、文檔、敏捷等
GB級別（千萬）的文本數據庫，不用索引，一句select查詢200s也未能執行完
內存和硬盤的速度差異
- 尋址：前者是后者的10w到100w倍
- 傳輸速度（總線）：前者——7.5G/s，后者——58M/s
找尋單機瓶頸（用足單機的性能，不要推測，要測量）
- sar或vmstat查看是CPU問題還是IO問題
- 若是CPU問題
- top或sar查看是系統進程還是用戶程序
- ps查看進程狀態和cpu使用情況，確定問題進程
- 用strace或oprofile找出程序或進程的具體問題所在
- 若是IO問題
- 發生頻繁頁交換--->內存不足
- ps查看程序所用內存
- 能否改善程序，減少內存占用
- 不行增加硬件或分布式
- 若無，則可能是緩存的內存不夠
- 增加內存
- 不行就增加機器，分布式
- 發生頻繁頁交換--->內存不足
CPU擴展比較方便，但IO負載的擴展比較困難
- 查看實際負載：top結果中的load average（1分鐘?5分鐘?15分鐘）
- 查看是IO負載過高還是CPU負載過高：sar -P（多核）
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處理大規模技術的重點
- 盡量在內存中進行，可實現分布式，利用局部性
- 算法的復雜度，O(n) --> O(logn)有質的飛躍
- 數據壓縮和檢索技術
緩存機制
- 頁面緩存（page cache）
- 現代操作系統均采用虛擬內存
- 內核分配過的內存會盡量留下來，下次無需訪問磁盤，即頁面緩存
- 操作系統以頁為單位緩存，即虛擬內存的最小單位
- 增加內存可提高緩存的命中率，降低IO負載
- sar命令
- sar -r?即可查看當前的內存狀態（kbbuffered緩存使用的物理內存大小）
- sar? 1 3?一秒1次，總共3次
- sar -u?查看CPU使用率
- sar -q?查看平均負載
- sar -r?查看內存使用情況
降低IO負載的策略
- 提高緩存，即加內存
- 擴展到多臺服務器
- 2實際可能未提高緩存命中率（每臺機器的數據不變），需要切分（Partition）數據
切分（Partition）——利用局部性的分布式
- 以RDBMS的表為單位
- 從數據中間切分
- a-c服務器1，d-f服務器2……
- 一致性哈希
- 按用途將系統分成不同的“島”
- 爬蟲
- 圖像API
- 一般訪問
以頁面緩存為基礎的基本運維規則
- 操作系統啟動時不要馬上投入生產環境，要先預熱，即讀一遍所有文件
- 性能測試要在緩存優化后進行
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數據庫橫向擴展策略
靈活應用操作系統緩存
- 盡量讓數據庫大小小于物理內存
- 考慮表的結構設計對數據庫大小的影響
建立索引
- B+樹
- 提高搜索效率（logn），改善磁盤尋道次數
- MySQL的explain命令幫助查看索引是否有效
MySQL的分布式
- master/slave設計（master更新，slave讀）
- 查詢可以擴展（slave）
- 但master無法擴展（數據一致性）
- 但Web應用大多數情況下90%都是讀取查詢
- master的負載可通過分庫分表或更換實現方法來解決
MySQL的Partition
- 將聯系不緊密的表放在不同機器上
- 避免對不同機器上表進行JOIN操作
- 使用INNER JOIN或where...in…
- 使用自定義的ORM
- Partition的代價
- 運維變得復雜，故障率上升，成本上升
- 實現冗余化最少需要多少臺機器
- 4臺——1臺master，3臺slave
- 3臺slave中，一臺用于提供持續服務，一臺可能會故障，最后一臺用于故障后復制
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Web服務的基礎設施重視的三點
- 低成本、高效率
- 不應追求100%可靠性
- 設計很重要
- 可擴展性和響應時間
- 開發速度很重要
- Web服務經常添加或更改功能，需為服務提供靈活的資源
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一臺服務器能處理的流量極限
- Hatena標準服務器：4核CPU，8G內存；
- 性能：繁忙時每分鐘幾千請求
- 若4核CPU*2，32G內存
- 100w~200wPV/月
調優
- 掌握負載
- 服務器監控工具
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冗余性與系統穩定性
master的冗余化
- multi-master
- 通常有兩臺服務器，組成Active/Standby結構
- 一臺是Active的，另一臺Standby
- 兩臺服務器互為slave，一方的寫入數據傳入另外一方，雙向replication
- 當Standby通過VRRP協議發現Active停機，則Standby自動提升為Active，變成新的master
- Active服務器有個虛擬ip，將此ip分配給哪臺機器，哪臺機器就是Active的master
- 缺點
- 還是有不一致的風險
系統的穩定性
- 資源應都保留一定余量，只用到70%左右
- 去除不穩定因素（盡量自動化處理）
- 規定SQL負載上限
- 減少內存泄露，遇到可自動重啟
- 異常行為的自律控制
- 自動DOS判斷
- 自動重啟
- 自動終止耗時查詢
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虛擬化技術
- 好處
- 可擴展性
- 將額外開銷降至最低
- 動態遷移
- 性價比
- 提高資源利用率
- 提高運維的靈活程度
- 軟件層面的主機控制
- 高可用性
- 環境隔離
- 可擴展性
- Hatena的虛擬化應用
- Xen（CentOS 5.2、Xen 3.0.3）+?本地磁盤構建LVM
- 用HyperVisor替代IPMI
- 使用準虛擬化（ParaVirtualization）
- 控制資源消耗
- 負載過高時警告
- 調整負載
- 檢測工具：monit
- 提高資源利用率
- CPU空閑?--> Web服務器
- IO空閑?-->?數據庫服務器
- 內存空閑?-->?緩存服務器
- 避免消耗傾向相同的組合在一起
- 虛擬化的額外開銷
- CPU：2%~3%
- 內存性能：10%
- 網絡性能：50%
- IO性能：5%
SSD的壽命
- 損耗程度指標：S.M.A.R.T值中的E9（Media Wearout Indicator）---> smartctl命令
- Hatena寫入最頻繁的SSD用了9個月左右
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網絡的分界點
- 1Gbps，即30wpps，是PC路由器的極限（1Gbps是千兆以太網的界限，30wpps是Linux內核的極限）
- 對策：多個PC路由，購買昂貴成品路由
- 500臺主機，是子網、ARP表的極限
- 對策：對網絡進行層次化
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RDBMS還是k-v存儲
- 判斷依據
- 平均數據大小
- 最大數據大小
- 新數據增加頻率
- 更新頻率
- 刪除頻率
- 訪問頻率
- MyISAM vs. InnoDB
- MyISAM
- 優點
- 未經update、delete的表也能快速insert
- 啟動、停止十分迅速
- 表移動、改名稱可直接從文件系統中操作
- 缺點
- 異常停止可能會損壞表
- 不支持事務
- update、delete、insert（追加數據之外）會鎖表，在更新較多的應用中性能不好
- 適合場景
- 只有數據追加
- 使用SELECT COUNT(*)
- 優點
- InnoDB
- 優點
- 支持事務
- 異常停止恢復
- 數據更新時執行行鎖定
- 缺點
- 啟動、停止慢
- 表操作完全通過數據庫
- 適合場景
- 更新頻率高
- 需要事務
- 優點
- MyISAM
- 分布式k-v
- memcached
- TokyoTyrant
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緩存系統
- Squid
- 用作HTTP、HTTPS、FTP等多種（反向）代理
- 訪問控制、認證功能
- Varnish
- 高性能HTTP加速器
- 靈活的設置語言
- 基本完全在內存中執行
- 速度比Squid快
- nginx、pound……
- 緩存服務器上線時注意
- 兩臺負載均衡時，一臺故障會導致另一臺無法承受負載
- 備足服務器
- 即使備足服務器也要注意
- 新服務器（或剛啟動）要預熱，流量從小到大慢慢增大
- 兩臺負載均衡時，一臺故障會導致另一臺無法承受負載
