各種大型網站技術架構

引言近段時間以來，通過接觸有關海量數據處理和搜索引擎的諸多技術，常常見識到不少精妙絕倫的架構圖。除了每每感嘆於每幅圖表面上的繪製的精細之外，更爲架構圖背後所隱藏的設計思想所歎服。個人這兩天一直在蒐集各大型網站的架構設計圖，一爲了一飽眼福，領略各類大型網站架構設計的精彩之外，二來也可供閒時反覆琢磨體會，何樂而不爲呢?特此，總結整理了諸如國外wikipedia，Facebook，Yahoo！，YouTube，MySpace，Twitter，國內如優酷網等大型網站的技術架構（本文重點分析優酷網的技術架構），以饗讀者。
本文着重凸顯每一幅圖的精彩之處與其背後含義，而圖的說明性文字則從簡從略。ok，好好享受此番架構盛宴吧。當然，若有任何建議或問題，歡迎不吝指正。謝謝。

• 1、WikiPedia 技術架構

WikiPedia 技術架構圖Copy @Mark Bergsma

1. 來自wikipedia的數據：峯值每秒鐘3萬個 HTTP 請求 每秒鐘 3Gbit 流量, 近乎375MB 350 臺 PC 服務器。
   
2. GeoDNSA ：40-line patch for BIND to add geographical filters support to the existent views in BIND", 把用戶帶到最近的服務器。GeoDNS 在 WikiPedia 架構中擔當重任當然是由 WikiPedia 的內容性質決定的--面向各個國家，各個地域。
   
3. 負載均衡：LVS，請看下圖：
   

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• 2、Facebook 架構

Facebook 搜索功能的架構示意圖

細心的讀者一定能發現，上副架構圖之前出現在此文之中：從幾幅架構圖中偷得半點海里數據處理經驗。本文與前文最大的不同是，前文只有幾幅，此文系列將有上百幅架構圖，任您盡情觀賞。

• 3、Yahoo! Mail 架構

Yahoo! Mail 架構

Yahoo! Mail 架構部署了 Oracle RAC，用來存儲 Mail 服務相關的 Meta 數據。

• 4、twitter技術架構

twitter的整體架構設計圖

twitter平臺大致由twitter.com、手機以及第三方應用構成，如下圖所示（其中流量主要以手機和第三方爲主要來源）：

緩存在大型web項目中起到了舉足輕重的作用，畢竟數據越靠近CPU存取速度越快。下圖是twitter的緩存架構圖：

關於緩存系統，還可以看看下幅圖：

• 5、Google App Engine技術架構

GAE的架構圖

簡單而言，上述GAE的架構分爲如圖所示的三個部分：前端，Datastore和服務羣。

1. 前端包括4個模塊：Front End，Static Files，App Server，App Master。
   
2. Datastore是基於BigTable技術的分佈式數據庫，雖然其也可以被理解成爲一個服務，但是由於其是整個App Engine唯一存儲持久化數據的地方，所以其是App Engine中一個非常核心的模塊。其具體細節將在下篇和大家討論。
   
3. 整個服務羣包括很多服務供App Server調用，比如Memcache，圖形，用戶，URL抓取和任務隊列等。
   

• 6、Amazon技術架構

Amazon的Dynamo Key-Value存儲架構圖

可能有讀者並不熟悉Amazon，它現在已經是全球商品品種最多的網上零售商和全球第2大互聯網公司。而之前它僅僅是一個小小的網上書店。ok，下面，咱們來見識下它的架構。
Dynamo是亞馬遜的key-value模式的存儲平臺，可用性和擴展性都很好，性能也不錯：讀寫訪問中99.9%的響應時間都在300ms內。按分佈式系統常用的哈希算法切分數據，分放在不同的node上。Read操作時，也是根據key的哈希值尋找對應的node。Dynamo使用了 Consistent Hashing算法，node對應的不再是一個確定的hash值，而是一個hash值範圍，key的hash值落在這個範圍內，則順時針沿ring找，碰到的第一個node即爲所需。
Dynamo對Consistent Hashing算法的改進在於：它放在環上作爲一個node的是一組機器（而不是memcached把一臺機器作爲node），這一組機器是通過同步機制保證數據一致的。
下圖是分佈式存儲系統的示意圖，讀者可觀摩之：

Amazon的雲架構圖如下：

Amazon的雲架構圖

• 7、優酷網的技術架構

從一開始，優酷網就自建了一套CMS來解決前端的頁面顯示，各個模塊之間分離得比較恰當，前端可擴展性很好，UI的分離，讓開發與維護變得十分簡單和靈活，下圖是優酷前端的模塊調用關係：

這樣，就根據module、method及params來確定調用相對獨立的模塊，顯得非常簡潔。下圖是優酷的前端局部架構圖：

優酷的數據庫架構也是經歷了許多波折，從一開始的單臺MySQL服務器（Just Running）到簡單的MySQL主從複製、SSD優化、垂直分庫、水平sharding分庫。

1. 簡單的MySQL主從複製。
   MySQL的主從複製解決了數據庫的讀寫分離，並很好的提升了讀的性能，其原來圖如下：
   其主從複製的過程如下圖所示：
   但是，主從複製也帶來其他一系列性能瓶頸問題：
   
   1. 寫入無法擴展
   2. 寫入無法緩存
   3. 複製延時
   4. 鎖表率上升
   5. 表變大，緩存率下降
   那問題產生總得解決的，這就產生下面的優化方案。
   
2. MySQL垂直分區
   如果把業務切割得足夠獨立，那把不同業務的數據放到不同的數據庫服務器將是一個不錯的方案，而且萬一其中一個業務崩潰了也不會影響其他業務的正常進行，並且也起到了負載分流的作用，大大提升了數據庫的吞吐能力。經過垂直分區後的數據庫架構圖如下：
   然而，儘管業務之間已經足夠獨立了，但是有些業務之間或多或少總會有點聯繫，如用戶，基本上都會和每個業務相關聯，況且這種分區方式，也不能解決單張表數據量暴漲的問題，因此爲何不試試水平sharding呢？
   
3. MySQL水平分片（Sharding）
   這是一個非常好的思路，將用戶按一定規則（按id哈希）分組，並把該組用戶的數據存儲到一個數據庫分片中，即一個sharding，這樣隨着用戶數量的增加，只要簡單地配置一臺服務器即可，原理圖如下：
   如何來確定某個用戶所在的shard呢，可以建一張用戶和shard對應的數據表，每次請求先從這張表找用戶的shard id，再從對應shard中查詢相關數據，如下圖所示： 但是，優酷是如何解決跨shard的查詢呢，這個是個難點，據介紹優酷是儘量不跨shard查詢，實在不行通過多維分片索引、分佈式搜索引擎，下策是分佈式數據庫查詢（這個非常麻煩而且耗性能）。
   
4. 緩存策略
   貌似大的系統都對“緩存”情有獨鍾，從http緩存到memcached內存數據緩存，但優酷表示沒有用內存緩存，理由如下：
   
   1. 避免內存拷貝，避免內存鎖
   2. 如接到老大哥通知要把某個視頻撤下來，如果在緩存裏是比較麻煩的
   而且Squid 的 write() 用戶進程空間有消耗，Lighttpd 1.5 的 AIO(異步I/O) 讀取文件到用戶內存導致效率也比較低下。
   但爲何我們訪問優酷會如此流暢，與土豆相比優酷的視頻加載速度略勝一籌？這個要歸功於優酷建立的比較完善的內容分發網絡（CDN），它通過多種方式保證分佈在全國各地的用戶進行就近訪問——用戶點擊視頻請求後，優酷網將根據用戶所處地區位置，將離用戶最近、服務狀況最好的視頻服務器地址傳送給用戶，從而保證用戶可以得到快速的視頻體驗。這就是CDN帶來的優勢，就近訪問。
   

附註：1、此段優酷網的技術架構整理於此處：/system-analysis/20110918/264936.html；2、同時推薦一個非常好的站點：http://www.dbanotes.net/）。從上百幅架構圖中學得半點大型網站建設經驗（上），完。
後記此篇文章終於寫完了，從昨日有整理此文的動機後，到今日上午找電腦上網而不得，再到此刻在網吧完成此文。着實也體味了一把什麼叫做爲技術狂熱的感覺。大型網站架構是一個實戰性很強的東西，而你我或許現在暫時還只是一個在外看熱鬧的門外漢而已。不過，沒關係，小魚小蝦照樣能暢遊汪汪大洋，更何況日後亦能成長爲大魚大鯊。