基于Docker容器的高并发Web系统架构设计与实现.pdf
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1、现代计算机Modern Computer第 29 卷 第 13 期2023 年 7 月 10 日基于Docker容器的高并发Web系统架构设计与实现欧阳习彪*,徐宝林(广东白云学院大数据与计算机学院,广州 510450)摘要:近几年来,随着移动互联网的快速发展,网络用户数激增,搭建一个高可用系统架构已经成为很多企业迫切的需求。以植物大战僵尸游戏系统为背景,探讨用户量大、高并发的Web系统架构设计与实现,该系统基于Docker容器进行项目部署,采用服务器集群、负载均衡、数据库分区分表、高性能服务器缓存等技术,支撑起千万用户、百万日活、数千并发的业务场景,满足了系统高并发、高性能、高可用的要求。关
2、键词:高并发;高可用;负载均衡;缓存;集群文章编号:10071423(2023)13010504DOI:10.3969/j.issn.10071423.2023.13.019收稿日期:20230309修稿日期:20230319基金项目:广东白云学院 2022年度校级科研项目(2022BYKY17)作者简介:*通信作者:欧阳习彪(1987),男,湖南邵阳人,硕士,讲师,研究方向为软件工程,Email:;徐宝林(1972),男,湖南邵阳人,学士,副教授,研究方向为软件工程、信息系统集成0引言高并发系统是当今互联网时代的关键技术之一。随着互联网用户数量的不断增加,社交、媒体以及电商、游戏等Web网站
3、用户数量越来越大,并发流量也越来越高,这对于传统Web系统架构设计提出新的挑战,如何构建高效、稳定、可扩展的系统成为了互联网企业必须面对的问题1。高并发系统架构作为解决这一问题的核心技术,已经成为了各大互联网企业竞争的重要因素。本文将从架构设计和技术选型及实现等方面,对高并发系统架构进行深入研究。探讨如何通过分布式架构、缓存技术、负载均衡等手段来提高系统的性能和可用性,从而为用户提供更好的服务体验。1Docker部署对传统虚拟机技术下LAMP架构部署的Web应用资源消耗大、部署速度较慢等问题,使用Docker可更快地打包、测试以及部署应用程序,过去需要用数天乃至数周的任务,在Docker容器的
4、处理下,只需要数秒就能完成,提供持续集成和持续部署的服务。同时Docker容器包含了运行环境和可执行程序,可以跨平台和主机使用,也避免了开发环境、测试环境、生成环境不一致的问题2。在本系统中采用 docker-compose 编排工具来创建容器和镜像,docker-compose.yml配置内容如图1所示,通过docker-compose命令启动容器,docker images可查看到系统共创建了 php+nginx+mysql+redis 四个镜像以及docker psa命令可看到共创建了php+nginx+mysql+redis四个容器,如图2所示。图 1docker-compose.ym
5、l配置 105现代计算机2023年图 2创建的容器及镜像2基于Docker的系统架构设计与实现面向高并发的Web系统架构设计的核心思想是降低服务器端对资源调度和使用的程度,除了在程序设计应用高效的算法之外,在系统架构上可以采取分布式架构、缓存技术、负载均衡等技术来降低服务器端的数据处理性能开销3。系统架构设计如图3所示。CDN内容分发负载均衡层keepalivedLVSNginx服务器集群图片、css等服务器集群docker容器Redis主从复制主从从主从从从Web应用层数据库应用层用户MySQL主从复制、读写分离从图 3系统架构2 2.1 1CDNCDN内容分发内容分发CDN加速的原理是通过
6、在现有的网络中增加一层网络架构,将目标网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”,使用户可以就近取得所需的内容,提高用户访问网站的响应速度。CDN 主要是用来缓存网站中的静态数据,如:CSS、JS、图片和静态页面等数据。用户发送请求到后端服务器,处理完动态内容后,直接从CDN中获取静态数据,从而加快响应时间4。2 2.2 2负载均衡层负载均衡层在高并发系统中,需要保证系统的高可用性和负载均衡,而 Keepalived LVS(linux virtualserver)是一种常见的解决方案。Keepalived LVS通过将请求分发到多个服务器上,来实现负载均衡和高可用性。它使用IP负载均衡技术将网
7、络流量分发到多个服务器,并使用虚拟IP地址来屏蔽后端服务器的IP地址。当一个服务器故障时,Keepalived LVS会将请求重新路由到其他可用服务器上,从而保证系统的高可用性。2 2.3 3WebWeb应用层应用层2 2.3 3.1 1动静分离动静分离通过中间件将动态请求和静态请求分离,可以减少不必要的请求消耗,同时能减少请求的延时。动静分离后,即使动态服务不可用,静态资源也不会受到影响。2 2.3 3.2 2负载均衡负载均衡随着网站用户量不断增大,同一时间请求数不断提高,单台服务器已经不能满足需要,此时需要进行服务器扩容,将客户端发过来的请求分摊到其他服务器上,减少每台服务器的压力,进而提
8、高系统的吞吐率;另外如果其中某一台服务器宕机,其他服务器还可以正常提供服务,以此来提高系统的可伸缩性与可靠性。常见的负载均衡算法有轮询、加权轮询和hash。在本游戏系统中由于三台服务器配置一样,故选用加权轮询的策略,nginx负载均衡主要配置如图4所示。Http RequstNginx后端服务器集群192.168.0.13192.168.0.14192.168.0.15upstream zwdzjszz server 192.168.0.13 weight=1;server 192.168.0.14 weight=3;server 192.168.0.15 weight=6;sever lis
9、ten 80;.location /proxy_pass http:/;图 4nginx负载均衡机制示意图 106欧阳习彪等:基于Docker容器的高并发Web系统架构设计与实现第13期2 2.4 4数据库应用层数据库应用层2 2.4 4.1 1分布式数据库分布式数据库高并发系统中,随着业务的发展,系统用户数越来越多,单表数量达到一定量的时候,可能会导致表中索引失效,查询速度变得非常慢,同时现有的单台数据库服务器满足不了业务需求,需要进行扩容,本系统主要采用数据库分布式部署、负载均衡、分库分表、读写分离的技术来满足高并发场景下数据库服务器的高性能、高可用特性5。(1)读写分离:由于业务中大多数
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