Slodzes balansēšana: satiksmes sadales apgūšana globālām lietojumprogrammām

Mūsdienu savstarpēji saistītajā pasaulē lietojumprogrammām ir jāapstrādā arvien pieaugošs satiksmes apjoms, vienlaikus saglabājot optimālu veiktspēju un pieejamību. Slodzes balansēšana ir būtiska metode šīs satiksmes efektīvai sadalei starp vairākiem serveriem, neļaujot nevienam serverim pārslogoties. Šis raksts sniedz visaptverošu pārskatu par slodzes balansēšanu, tās priekšrocībām, dažādiem algoritmiem un labākajiem paņēmieniem tās ieviešanai globālās lietojumprogrammās.

Kas ir slodzes balansēšana?

Slodzes balansēšana ir tīkla satiksmes vienmērīga sadale starp serveru kopu. Tā vietā, lai visas ienākošās pieprasījumi tiktu sūtīti uz vienu serveri, slodzes balansētājs sadala pieprasījumus vairākiem serveriem, nodrošinot, ka neviens serveris netiek pārslogots. Tas uzlabo lietojumprogrammas veiktspēju, pieejamību un mērogojamību.

Iedomājieties rosīgu restorānu (jūsu lietojumprogrammu) ar tikai vienu viesmīli (serveri). Pīķa stundās klientiem būtu ilgi jāgaida un slikts serviss. Tagad iedomājieties, ka restorānam ir vairāki viesmīļi (serveri) un saimnieks (slodzes balansētājs), kas virza klientus pie pieejamiem viesmīļiem. Būtībā tā darbojas slodzes balansēšana.

Kāpēc slodzes balansēšana ir svarīga?

Slodzes balansēšana piedāvā daudzas priekšrocības, tostarp:

• Uzlabota veiktspēja: Sadalot satiksmi starp vairākiem serveriem, slodzes balansēšana samazina slodzi uz atsevišķiem serveriem, nodrošinot ātrāku reakcijas laiku un uzlabotu lietojumprogrammu veiktspēju.
• Paaugstināta pieejamība: Ja viens serveris neizdodas, slodzes balansētājs automātiski pāradresē satiksmi uz atlikušajiem veselajiem serveriem, nodrošinot, ka lietojumprogramma joprojām ir pieejama lietotājiem. Tas ir ļoti svarīgi misijas kritiskām lietojumprogrammām, kur dīkstāve var radīt ievērojamas sekas.
• Uzlabota mērogojamība: Slodzes balansēšana atvieglo jūsu lietojumprogrammas mērogošanu, pievienojot kopai vairāk serveru. Slodzes balansētājs automātiski atklāj jaunus serverus un sāk sadalīt tiem satiksmi, ļaujot jums apstrādāt pieaugošos satiksmes apjomus, neizjaucot pakalpojumu.
• Samazināts dīkstāves laiks: Plānotā apkope vai jauninājumi var tikt veikti atsevišķos serveros, neietekmējot lietojumprogrammas pieejamību. Slodzes balansētājs vienkārši pāradresē satiksmi uz atlikušajiem serveriem apkopes periodā.
• Optimizēta resursu izmantošana: Slodzes balansēšana nodrošina, ka visi serveri kopā tiek efektīvi izmantoti, novēršot dažu serveru pārslogošanu, kamēr citi dīkstāvē.

Slodzes balansētāju veidi

Slodzes balansētājus var iedalīt vairākos veidos, pamatojoties uz to funkcionalitāti un izvietošanu:

Aparatūras slodzes balansētāji

Aparatūras slodzes balansētāji ir īpaši fiziskas ierīces, kas ir īpaši paredzētas slodzes balansēšanai. Tie nodrošina augstu veiktspēju un uzticamību, bet var būt dārgi un prasa specializētas zināšanas, lai tos pārvaldītu. Piemēri ir ierīces no F5 Networks (tagad daļa no Keysight Technologies) un Citrix.

Programmatūras slodzes balansētāji

Programmatūras slodzes balansētāji ir lietojumprogrammas, kas darbojas standarta serveros. Tie ir elastīgāki un rentablāki nekā aparatūras slodzes balansētāji, taču tie var nenodrošināt tādu pašu veiktspējas līmeni. Populāri programmatūras slodzes balansētāji ir HAProxy, Nginx un Apache.

Mākoņa slodzes balansētāji

Mākoņa slodzes balansētājus kā pakalpojumu piedāvā mākoņa pakalpojumu sniedzēji, piemēram, Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure un Google Cloud Platform (GCP). Tie ir ļoti mērogojami un viegli pārvaldāmi, padarot tos par populāru izvēli mākonī balstītām lietojumprogrammām. AWS piedāvā Elastic Load Balancing (ELB), Azure piedāvā Azure Load Balancer, un GCP piedāvā Cloud Load Balancing.

Globālā servera slodzes balansētāji (GSLB)

GSLB sadala satiksmi starp vairākiem ģeogrāfiski izkliedētiem datu centriem. Tas uzlabo lietojumprogrammu pieejamību un veiktspēju lietotājiem visā pasaulē. Ja viens datu centrs neizdodas, GSLB automātiski pāradresē satiksmi uz atlikušajiem veselajiem datu centriem. GSLB arī palīdz samazināt latentumu, virzot lietotājus uz viņiem tuvāko datu centru. Piemēri ir Akamai un Cloudflare risinājumi. Daudzi mākoņa pakalpojumu sniedzēji, piemēram, AWS un Azure, piedāvā arī GSLB pakalpojumus.

Slodzes balansēšanas algoritmi

Slodzes balansēšanas algoritmi nosaka, kā satiksme tiek sadalīta starp serveriem kopā. Ir vairāki dažādi algoritmi, katram no kuriem ir savas priekšrocības un trūkumi.

Round Robin

Round Robin sadala satiksmi katram serverim kopā secīgā secībā. Tas ir vienkāršākais slodzes balansēšanas algoritms, un to ir viegli ieviest. Tomēr tas neņem vērā katra servera pašreizējo slodzi, tāpēc tas var nebūt visefektīvākais algoritms visos gadījumos. Piemēram, ja serveris A apstrādā skaitļošanas intensīvus uzdevumus, Round Robin joprojām nosūtīs tam tikpat daudz satiksmes kā serverim B, kas apstrādā mazāk prasīgus uzdevumus.

Weighted Round Robin

Weighted Round Robin ir Round Robin variācija, kas ļauj piešķirt katram serverim atšķirīgus svarus. Serveri ar lielāku svaru saņem vairāk satiksmes nekā serveri ar mazāku svaru. Tas ļauj ņemt vērā katra servera jaudu un attiecīgi sadalīt satiksmi. Piemēram, serverim ar lielāku RAM un CPU jaudu var piešķirt lielāku svaru.

Least Connections

Least Connections virza satiksmi uz serveri ar vismazāko aktīvo savienojumu skaitu. Šis algoritms ņem vērā katra servera pašreizējo slodzi un attiecīgi sadala satiksmi. Tas parasti ir efektīvāks nekā Round Robin, īpaši, ja serveri apstrādā dažāda ilguma pieprasījumus. Tomēr tam ir jāprasa slodzes balansētājam izsekot aktīvo savienojumu skaitam katram serverim, kas var palielināt slodzi.

Least Response Time

Least Response Time virza satiksmi uz serveri ar visātrāko reakcijas laiku. Šis algoritms ņem vērā gan katra servera pašreizējo slodzi, gan to, cik ātri tas apstrādā pieprasījumus. Tas parasti ir visefektīvākais slodzes balansēšanas algoritms, taču tas arī prasa slodzes balansētājam uzraudzīt katra servera reakcijas laiku, kas var ievērojami palielināt slodzi.

IP Hash

IP Hash izmanto klienta IP adresi, lai noteiktu, kuram serverim nosūtīt pieprasījumu. Tas nodrošina, ka visi pieprasījumi no viena klienta vienmēr tiek nosūtīti uz vienu un to pašu serveri. Tas ir noderīgi lietojumprogrammām, kas paļaujas uz sesijas noturību, kur klientam ir jābūt savienotam ar vienu un to pašu serveri sesijas laikā. Tomēr, ja daudzi klienti nāk no vienas un tās pašas IP adreses (piemēram, aiz NAT vārtejas), šis algoritms var novest pie nevienmērīgas satiksmes sadales.

URL Hash

URL Hash izmanto pieprasījuma URL, lai noteiktu, kuram serverim nosūtīt pieprasījumu. Tas var būt noderīgi statiskā satura kešatmiņā, jo visi pieprasījumi vienam un tam pašam URL tiks nosūtīti uz vienu un to pašu serveri, ļaujot serverim kešatmiņā saglabāt saturu un apkalpot to ātrāk. Līdzīgi kā IP Hash, ja neliels URL apakškopa tiek intensīvi piekļūta, tas var novest pie nevienmērīgas sadales.

Ģeolokācijas maršrutēšana

Ģeolokācijas maršrutēšana virza satiksmi uz serveri, kas ir vistuvāk klientam ģeogrāfiski. Tas var uzlabot lietojumprogrammas veiktspēju, samazinot latentumu. Piemēram, lietotājs Eiropā tiks virzīts uz serveri Eiropā, savukārt lietotājs Āzijā tiks virzīts uz serveri Āzijā. Šī ir galvenā GSLB risinājumu sastāvdaļa.

Slodzes balansēšanas ieviešana

Slodzes balansēšanas ieviešana ietver vairākus soļus:

1. Izvēlieties slodzes balansētāju: Izvēlieties slodzes balansētāja veidu, kas vislabāk atbilst jūsu vajadzībām, ņemot vērā tādus faktorus kā veiktspēja, izmaksas un pārvaldības vienkāršība.
2. Konfigurējiet slodzes balansētāju: Konfigurējiet slodzes balansētāju ar atbilstošajiem iestatījumiem, tostarp serveru IP adresēm kopā, slodzes balansēšanas algoritmu un veselības pārbaudes parametriem.
3. Konfigurējiet veselības pārbaudes: Veselības pārbaudes tiek izmantotas, lai uzraudzītu serveru veselību kopā. Slodzes balansētājs satiksmi sūtīs tikai uz serveriem, kas tiek uzskatīti par veseliem. Parastās veselības pārbaudes ietver servera pingēšanu, noteikta porta statusa pārbaudi vai pieprasījuma nosūtīšanu uz konkrētu URL.
4. Uzraugiet slodzes balansētāju: Uzraugiet slodzes balansētāju, lai nodrošinātu, ka tas darbojas pareizi un ka satiksme tiek vienmērīgi sadalīta starp serveriem kopā. To var izdarīt, izmantojot monitoringa rīkus, ko nodrošina slodzes balansētāja pārdevējs, vai izmantojot trešo pušu monitoringa risinājumus.

Slodzes balansēšanas paraugprakse

Lai nodrošinātu, ka jūsu slodzes balansēšanas ieviešana ir efektīva, ievērojiet šīs paraugprakses:

• Izmantojiet veselības pārbaudes: Ieviesiet stabilas veselības pārbaudes, lai nodrošinātu, ka slodzes balansētājs satiksmi sūta tikai uz veseliem serveriem. Pielāgojiet veselības pārbaudes, lai precīzi atspoguļotu jūsu lietojumprogrammas veselību.
• Uzraugiet veiktspēju: Nepārtraukti uzraugiet slodzes balansētāja un serveru veiktspēju, lai identificētu iespējamās problēmas un optimizētu veiktspēju. Izmantojiet tādus mērījumus kā CPU izmantošana, atmiņas izmantošana un tīkla satiksme, lai izsekotu jūsu sistēmas veselībai.
• Izvēlieties pareizo algoritmu: Izvēlieties slodzes balansēšanas algoritmu, kas vislabāk atbilst jūsu vajadzībām. Apsveriet jūsu lietojumprogrammas raksturlielumus un paredzamos satiksmes modeļus.
• Nodrošiniet savu slodzes balansētāju: Aizsargājiet savu slodzes balansētāju no drošības apdraudējumiem, ieviešot atbilstošus drošības pasākumus, piemēram, ugunsmūrus un iebrucēju atklāšanas sistēmas.
• Plānojiet mērogojamību: Izstrādājiet savu slodzes balansēšanas ieviešanu tā, lai tā būtu mērogojama, lai jūs varētu viegli pievienot kopai vairāk serveru, kad jūsu satiksme pieaug.
• Izmantojiet lipīgās sesijas uzmanīgi: Lai gan lipīgās sesijas (sesijas noturība) var būt noderīgas, tās var novest arī pie nevienmērīgas satiksmes sadales, ja tās netiek ieviestas uzmanīgi. Apsveriet iespējamo ietekmi uz mērogojamību un pieejamību, pirms izmantojat lipīgās sesijas.
• Ieviesiet redundanci: Izmantojiet vairākus slodzes balansētājus redundantā konfigurācijā, lai nodrošinātu augstu pieejamību. Ja viens slodzes balansētājs neizdodas, otrs slodzes balansētājs automātiski pārņems kontroli.
• Pārbaudiet savu konfigurāciju: Rūpīgi pārbaudiet savu slodzes balansēšanas konfigurāciju pirms tās izvietošanas ražošanas vidē. Izmantojiet slodzes testēšanas rīkus, lai simulētu reālistiskus satiksmes modeļus un identificētu iespējamos šaurumus.
• Automatizējiet izvietošanu un konfigurāciju: Izmantojiet automatizācijas rīkus, lai izvietotu un konfigurētu slodzes balansētājus. Tas var palīdzēt samazināt kļūdas un uzlabot efektivitāti. Konfigurācijas pārvaldības rīki, piemēram, Ansible, Chef un Puppet, var tikt izmantoti, lai automatizētu konfigurācijas procesu.

Reālās pasaules piemēri

Šeit ir daži reālās pasaules piemēri tam, kā slodzes balansēšana tiek izmantota dažādās nozarēs:

• E-komercija: E-komercijas vietnes izmanto slodzes balansēšanu, lai sadalītu satiksmi starp vairākiem serveriem, nodrošinot, ka vietne paliek pieejama un reaģējoša pīķa iepirkšanās sezonās, piemēram, Melnajā piektdienā un Kiberpirmdienā. Mazumtirgotāji, piemēram, Amazon un Alibaba, lielā mērā paļaujas uz slodzes balansēšanu, lai apstrādātu milzīgus satiksmes pieaugumus.
• Tiešsaistes spēles: Tiešsaistes spēļu uzņēmumi izmanto slodzes balansēšanu, lai sadalītu satiksmi starp vairākiem spēļu serveriem, nodrošinot, ka spēlētājiem ir vienmērīga un bez kavēšanās spēļu pieredze. Tādas spēles kā Fortnite un League of Legends izmanto sarežģītas slodzes balansēšanas metodes, lai apstrādātu miljoniem vienlaicīgu spēlētāju visā pasaulē.
• Finanšu pakalpojumi: Finanšu iestādes izmanto slodzes balansēšanu, lai nodrošinātu savu tiešsaistes banku platformu pieejamību un drošību. Bankām ir jāgarantē darbspējas laiks un jāaizsargā pret DDoS uzbrukumiem.
• Multivides straumēšana: Multivides straumēšanas pakalpojumi izmanto slodzes balansēšanu, lai izplatītu video saturu starp vairākiem serveriem, nodrošinot, ka lietotāji var straumēt video bez buferizācijas vai pārtraukumiem. Netflix, YouTube un Spotify izmanto slodzes balansēšanu, lai nodrošinātu savu saturu miljoniem lietotāju visā pasaulē.
• Veselības aprūpe: Veselības aprūpes pakalpojumu sniedzēji izmanto slodzes balansēšanu, lai nodrošinātu savu elektronisko veselības ierakstu (EHR) sistēmu pieejamību. Ārstiem un medmāsām ir jāvar ātri un droši piekļūt informācijai par pacientiem.

Globālā servera slodzes balansēšana (GSLB) sīkāk

Globālā servera slodzes balansēšana (GSLB) ir specializēta slodzes balansēšanas forma, kas sadala satiksmi starp vairākiem ģeogrāfiski izkliedētiem datu centriem vai mākoņa reģioniem. Tas ir ļoti svarīgi lietojumprogrammām, kurām ir jābūt ļoti pieejamām un jādarbojas lietotājiem visā pasaulē.

GSLB priekšrocības

• Katastrofu atjaunošana: GSLB nodrošina noturību pret datu centra pārtraukumiem. Ja viens datu centrs neizdodas, satiksme tiek automātiski novirzīta uz citu, nodrošinot biznesa nepārtrauktību.
• Uzlabota veiktspēja: GSLB novirza lietotājus uz tuvāko pieejamo servera atrašanās vietu, samazinot latentumu un uzlabojot reakcijas laiku. Tas ir īpaši svarīgi lietojumprogrammām ar globālu lietotāju bāzi.
• Samazināts latentums: Apkalpojot saturu no ģeogrāfiski tuvākiem serveriem, GSLB samazina laiku, kas nepieciešams datu pārvietošanai starp serveri un lietotāju.
• Atbilstība un datu suverenitāte: GSLB var konfigurēt tā, lai satiksme tiktu virzīta uz serveriem noteiktos ģeogrāfiskos reģionos, palīdzot organizācijām ievērot datu suverenitātes noteikumus. Piemēram, Eiropas lietotāji var tikt virzīti uz serveriem, kas atrodas Eiropas Savienībā.
• Jaudas pārvaldība: GSLB var sadalīt satiksmi starp vairākiem datu centriem, pamatojoties uz to jaudu, nodrošinot, ka neviens datu centrs nav pārslogots.

GSLB ieviešanas apsvērumi

• DNS pārvaldība: GSLB lielā mērā paļaujas uz DNS, lai novirzītu satiksmi uz atbilstošajām serveru atrašanās vietām. Pareiza DNS konfigurācija ir ļoti svarīga tās efektivitātei.
• Veselības monitorings: Spēcīga veselības uzraudzība ir būtiska, lai atklātu datu centra pārtraukumus un servera kļūmes. GSLB sistēmām ir jāspēj ātri identificēt un reaģēt uz šiem notikumiem.
• Sinhronizācija: Dati ir jāsinhronizē visos datu centros, lai nodrošinātu konsekvenci. To var panākt, izmantojot dažādas datu replicēšanas metodes.
• Izmaksas: GSLB var būt dārgāks nekā tradicionālā slodzes balansēšana, jo ir jāpievieno sarežģītība un infrastruktūras prasības.

GSLB maršrutēšanas metodes

• GeoDNS: GeoDNS izmanto klienta IP adresi, lai noteiktu viņu ģeogrāfisko atrašanās vietu un novirzītu viņus uz tuvāko datu centru.
• Latentuma bāzes maršrutēšana: Latentuma bāzes maršrutēšana mēra latentumu starp klientu un katru datu centru un novirza klientu uz datu centru ar zemāko latentumu.
• Svara maršrutēšana: Svara maršrutēšana ļauj piešķirt dažādus svarus katram datu centram, kontrolējot satiksmes sadali.
• Avarijas maršrutēšana: Avarijas maršrutēšana automātiski pāradresē satiksmi uz rezerves datu centru, ja primārais datu centrs neizdodas.

Slodzes balansēšana mākonī

Mākoņa pakalpojumu sniedzēji piedāvā stabilus slodzes balansēšanas pakalpojumus, kurus ir viegli izvietot un pārvaldīt. Šie pakalpojumi parasti ir ļoti mērogojami un rentabli.

AWS Elastic Load Balancing (ELB)

AWS ELB piedāvā vairāku veidu slodzes balansētājus:

• Lietojumprogrammu slodzes balansētājs (ALB): ALB ir paredzēts HTTP un HTTPS satiksmei un nodrošina uzlabotas maršrutēšanas iespējas, piemēram, satura bāzes maršrutēšanu un resursdatora bāzes maršrutēšanu.
• Tīkla slodzes balansētājs (NLB): NLB ir paredzēts TCP un UDP satiksmei un nodrošina augstu veiktspēju un zemu latentumu.
• Klasiskais slodzes balansētājs (CLB): CLB ir vecākās paaudzes AWS slodzes balansētājs, un to aizstāj ALB un NLB.

Azure Load Balancer

Azure Load Balancer piedāvā gan iekšējo, gan ārējo slodzes balansēšanas iespējas. Tas atbalsta dažādus slodzes balansēšanas algoritmus un veselības pārbaudes iespējas.

Google Cloud Load Balancing

Google Cloud Load Balancing piedāvā vairāku veidu slodzes balansētājus, tostarp:

• HTTP(S) slodzes balansēšana: HTTP(S) slodzes balansēšana ir paredzēta HTTP un HTTPS satiksmei un nodrošina globālās slodzes balansēšanas iespējas.
• TCP slodzes balansēšana: TCP slodzes balansēšana ir paredzēta TCP satiksmei un nodrošina reģionālās slodzes balansēšanas iespējas.
• UDP slodzes balansēšana: UDP slodzes balansēšana ir paredzēta UDP satiksmei un nodrošina reģionālās slodzes balansēšanas iespējas.

Secinājums

Slodzes balansēšana ir būtiska metode mūsdienu lietojumprogrammu veiktspējas, pieejamības un mērogojamības nodrošināšanai. Sadalot satiksmi vienmērīgi starp vairākiem serveriem, slodzes balansēšana novērš viena servera pārslogošanu un nodrošina, ka lietotājiem ir vienmērīga un reaģējoša pieredze. Neatkarīgi no tā, vai jūs izmantojat nelielu vietni vai liela mēroga uzņēmuma lietojumprogrammu, slodzes balansēšana ir būtiska jūsu infrastruktūras sastāvdaļa. Dažādu slodzes balansētāju, algoritmu un labākās prakses izpratne ir būtiska efektīva slodzes balansēšanas risinājuma ieviešanai, kas atbilst jūsu konkrētajām vajadzībām.

Tā kā lietojumprogrammas kļūst arvien globālākas, globālā servera slodzes balansēšana (GSLB) kļūst vēl svarīgāka. Sadalot satiksmi starp vairākiem ģeogrāfiski izkliedētiem datu centriem, GSLB nodrošina, ka lietotājiem visā pasaulē ir ātra un uzticama pieredze, pat datu centru pārtraukumu vai tīkla traucējumu gadījumā. Slodzes balansēšanas ieviešana, tostarp GSLB, ja nepieciešams, ir galvenais solis noturīgu un augstas veiktspējas lietojumprogrammu izveidē globālai auditorijai.