大型公共服務網站架構設計初探

文|李鋼

大型公共服務網站架構設計初探

文|李鋼

各級政府、公共事業(yè)部門面向公眾提供網上服務的網站（大型公共服務網站）面臨著高并發(fā)量、大數(shù)據量和可靠性至上的要求，文章探索了一個高可用、高性能、易擴展、安全可靠、基于NET的大型公共服務網站應該具備哪些特點，應該從哪些方面進行架構設計。

互聯(lián)網誕生的短短20多年，對社會產生了翻天覆地的影響。各級政府、公共事業(yè)部門面向公眾提供網上服務的網站面臨著“高大上”（高并發(fā)量、大數(shù)據量和可靠性至上）的要求，從業(yè)務需求看，是網絡結構靈活、業(yè)務變動快，從數(shù)據量看，用戶多、處理量大。如何打造一個高可用、高性能、易擴展、安全可靠的公共服務網站系統(tǒng)成為我們面臨和亟待解決的一個迫切問題。

與傳統(tǒng)的政務網站系統(tǒng)相比，大型公共服務網站由于覆蓋用戶范圍廣、業(yè)務流程復雜，使其具有以下顯著特點：

高并發(fā)率，大流量。需要面對高并發(fā)用戶，大流量訪問。如每年公務員考試報名及成績查詢時，提供服務的網站面臨著日均百萬級別的訪問量和查詢量。

可用性至上。系統(tǒng)7×24小時不間斷服務。大型網站宕機事件通常會成為新聞焦點，尤其是面向公眾提供公共服務類型的網站。近年來，公共服務網站越來越受到黑客或境外勢力的關注，被攻擊現(xiàn)象時常發(fā)生，不良影響屢見報端。

大型公共服務網站應用系統(tǒng)除了以上顯著特點外，還具有占用的網絡及服務器資源多、數(shù)據海量且格式多樣、用戶分布廣泛、抗擊黑客攻擊性能好等特點。

網站架構的演化

傳統(tǒng)網站的架構。傳統(tǒng)的網站系統(tǒng)主要以完成業(yè)務功能為目標，用戶量相對較少且峰值不明顯。因此考慮的網站的架構時，一般采用的是比較簡潔的架構；在實戰(zhàn)中，采用以下比較通用、容易實現(xiàn)的三種架構模式：

應用與數(shù)據集中在一臺物理服務器上：一臺Server就滿足需要——網站應用程序、數(shù)據庫、文件等所有資源都集中在一臺Server上。這種模式主要針對訪問人數(shù)較少（每日10萬人以下，且用戶訪問時間不集中）。

應用和數(shù)據服務分離。三臺Server平天下——隨著業(yè)務量增加、訪問人數(shù)增多，單臺服務器部署不再適應業(yè)務的發(fā)展，將應用和數(shù)據分離后成三臺Sever（應用服務器、文件服務器與數(shù)據庫服務器）。分離后三臺Server對硬件資源的需求各不相同：應用服務器需要更快更強大的CPU，而數(shù)據庫服務器需要更快的硬盤和更大的內存，文件服務器則需要更大的硬盤。

使用緩存改善網站性能。3+X Server模式——減少數(shù)據庫訪問壓力，提高網站的訪問速度。緩存又可以分為：本地緩存和遠程緩存（可以是分布式的），本地緩存訪問速度快，但數(shù)據量有限；遠程分布式緩存可以集群，因此容量不受限制。

大型網站的架構。隨著到網站訪問量的不斷增加，傳統(tǒng)的網站架構已不能滿足應用需求，大型網站的技術架構也隨之產生，而大型網站主要面對的技術挑戰(zhàn)是處理超大數(shù)量的用戶訪問和海量的數(shù)據處理，以及系統(tǒng)的可靠性、高性能、易拓展、易伸縮等特性的實現(xiàn)。

一個完整的大型網站設計時，一般需要從以下幾個方面考慮。

分層。分層是應用系統(tǒng)設計中最常見的一種模式，將系統(tǒng)在橫向維度上切分成幾部分，每個部分負責一部分相對比較單一的職責，然后通過上層調用下層的調用，組成一個完整系統(tǒng)。在大型網站架構中也采用分層結構，一般分為應用層、服務層、數(shù)據層。

分割。分層時將系統(tǒng)在橫向方面進行切分，分割是在縱向方面切分。網站越大、功能越復雜、服務和數(shù)據處理種類越多，將這些不同的功能和服務分割開來，包裝成高內聚低耦合的模塊單元，一方面有助于軟件的開發(fā)和維護；另一方面便于不同模塊的分布式部署，提高網站的并發(fā)處理能力和功能擴展能力。

分布。分層和分割的一個主要目的是為了切分后的模塊便于分布部署。分布意味著可以使用更多的計算、存儲、網絡等資源完成同樣的功能，能夠處理大并發(fā)訪問和數(shù)據量的業(yè)務應用。

集群。使用分布式雖然已經將分層和分割后的模塊對立部署，但是對于用戶集中訪問的模塊，還需要將獨立部署的服務器集群化，即多臺服務器部署相同應用構成一個集群，通過負載均衡設備共同對外提供服務。

緩存。緩存就是將數(shù)據存放在距離計算最近的位置，以加快處理速度。

異步。在大型網站中，系統(tǒng)解耦合的手段除了分層、分割、分布外，還有一個重要的手段是異步。異步就是業(yè)務之間的消息傳遞是不同步的調用，而是將一個業(yè)務操作分成多個階段，每個階段之間通過共享數(shù)據的方式異步執(zhí)行。

基于NET的大型公共服務網站架構

．NET是微軟下一代的軟件平臺，它允許人們在其上構建各種應用。．NET平臺由于其資源豐富、技術水平先進的特點而被廣泛使用。構建基于NET的公共服務網站，主要就是采用微軟的各個層面的系統(tǒng)軟件，包括NET framework、WEB服務器、數(shù)據庫、消息通信服務等，來完成網站建設。

架構特點。這個架構主要采用Microsoft Windows操作系統(tǒng)作為服務器和系統(tǒng)軟件：使用ASP．NET技術；使用IIS作為Web容器；用Akamai CDN來緩存網頁；用Foundry ServerIron 來做負載均衡；sqlserver采用master-slave架構，slave負責讀取操作，master負責寫操作。

服務接口可以采用WCF，WCF支持事務，支持多種通信方式?？梢赃x用基于Web service的通信方式，也可以選用TCP/ IP socket的通信方式。

架構設計需要注意的問題

SessionState的技術方案。采用SessionState是ASP．NET默認的機制。ASP．NET的SessionState有幾種模式。InProc，StateServer，SqlServer模式和自定義模式。InProc不支持負載均衡的場景。只有StateServer和SqlServer模式才支持。

ViewState的技術方案。ViewState使服務器控件可以在往返行程中重新填充它們的屬性值，而程序員不需要編寫任何代碼。這些屬性值包括可見的屬性，也包括不可見的。

AJAX的請求量進行控制。AJAX帶來了很炫的效果，但是能適當?shù)販p少調用AJAX調用次數(shù)，比如能否合并AJAX的調用。

Server．Transfer和Response．Redirect。Server．Transfer發(fā)生在服務器端，而Response．Redirect發(fā)生在用戶瀏覽器中。會多一次HTTP請求。

設置Web garden。只要服務器資源允許，就可以建立Web garden，在同一個服務器上多開幾個工作進程。32位Windows上一個進程通常只能占用2G-3G內存(因為高地址的2G或者1G是Windows本身用來裝配系統(tǒng)文件用的)。64位Windows上一個進程能占用的內存相對32位大一點，但是服務器有比如100多G的內存，可以適當多開幾個工作進程。這可以增加單臺服務器的處理能力。

時至今日，大型網站的架構技術方案已經非常成熟，各種技術方案也逐漸產品化。但我們在搭建大型公共服務網站時，還是需要從業(yè)務需求出發(fā)，不要一味的采用高、尖、新的技術。對于搭建大型的ASP．NET網站來說，建議從系統(tǒng)軟件和硬件上首先要保證負載均衡和可伸縮性，其次做到每一臺服務器的性能最大化，最后使得整個系統(tǒng)的服務能力最大化；從軟件設計架構上，技術策略考慮如何分層以及分層模塊的部署，是否采用異步通信，如何提高模塊間的高效分布式調用等。

（作者單位：陜西省信息中心）