Web服務(wù)器Tomcat集群與負(fù)載均衡技術(shù)
我們曾經(jīng)介紹過三種Tomcat集群方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析。本文將介紹Tomcat集群與負(fù)載均衡技術(shù)具體實(shí)施過程。
在進(jìn)入集群系統(tǒng)架構(gòu)探討之前，先定義一些專門術(shù)語：
1. 集群(Cluster)：是一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成一個松耦合的多處理器系統(tǒng)，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。應(yīng)用程序可以通過網(wǎng)絡(luò)共享內(nèi)存進(jìn)行消息傳送，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)。
2. 負(fù)載均衡(Load Balance)：先得從集群講起，集群就是一組連在一起的計(jì)算機(jī)，從外部看它是一個系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)可以是不同的操作系統(tǒng)或不同硬件構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。如一個提供Web服務(wù)的集群，對外界來看是一個大Web服務(wù)器。不過集群的節(jié)點(diǎn)也可以單獨(dú)提供服務(wù)。
3. 特點(diǎn)：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，負(fù)載均衡提供了一種廉價有效的方法擴(kuò)展服務(wù)器帶寬和增加吞吐量，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性。集群系統(tǒng) (Cluster)主要解決下面幾個問題：高可靠性（HA）：利用集群管理軟件，當(dāng)主服務(wù)器故障時，備份服務(wù)器能夠自動接管主服務(wù)器的工作，并及時切換過去，以實(shí)現(xiàn)對用戶的不間斷服務(wù)。高性能計(jì)算（HP）：即充分利用集群中的每一臺計(jì)算機(jī)的資源，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算的并行處理，通常用于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，比如基因分析，化學(xué)分析等。負(fù)載平衡：即把負(fù)載壓力根據(jù)某種算法合理分配到集群中的每一臺計(jì)算機(jī)上，以減輕主服務(wù)器的壓力，降低對主服務(wù)器的硬件和軟件要求。
目前比較常用的負(fù)載均衡技術(shù)主要有：
1. 基于DNS的負(fù)載均衡
通過DNS服務(wù)中的隨機(jī)名字解析來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，在DNS服務(wù)器中，可以為多個不同的地址配置同一個名字，而最終查詢這個名字的客戶機(jī)將在解析這個名字時得到其中一個地址。因此，對于同一個名字，不同的客戶機(jī)會得到不同的地址，他們也就訪問不同地址上的Web服務(wù)器，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。
2. 反向代理負(fù)載均衡 （如Apache+JK2+Tomcat這種組合）
使用代理服務(wù)器可以將請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部的Web服務(wù)器，讓代理服務(wù)器將請求均勻地轉(zhuǎn)發(fā)給多臺內(nèi)部Web服務(wù)器之一上，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。這種代理方式與普通的代理方式有所不同，標(biāo)準(zhǔn)代理方式是客戶使用代理訪問多個外部Web服務(wù)器，而這種代理方式是多個客戶使用它訪問內(nèi)部Web服務(wù)器，因此也被稱為反向代理模式。
3. 基于NAT（Network Address Translation）的負(fù)載均衡技術(shù) （如Linux Virtual Server，簡稱LVS）
網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換為在內(nèi)部地址和外部地址之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便具備內(nèi)部地址的計(jì)算機(jī)能訪問外部網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)外部網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)訪問地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)擁有的某一外部地址時，地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)能將其轉(zhuǎn)發(fā)到一個映射的內(nèi)部地址上。因此如果地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)能將每個連接均勻轉(zhuǎn)換為不同的內(nèi)部服務(wù)器地址，此后外部網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)就各自與自己轉(zhuǎn)換得到的地址上服務(wù)器進(jìn)行通信，從而達(dá)到負(fù)載分擔(dān)的目的。
介紹完上面的集群技術(shù)之后，下面就基于Tomcat的集群架構(gòu)方案進(jìn)行說明：
上面是采用了Apache httpd作為web服務(wù)器的，即作為Tomcat的前端處理器，根據(jù)具體情況而定，有些情況下是不需要Apache httpd作為 web 服務(wù)器的，如系統(tǒng)展現(xiàn)沒有靜態(tài)頁面那就不需要Apache httpd，那時可以直接使用Tomcat作為web 服務(wù)器來使用。使用Apache httpd主要是它在處理靜態(tài)頁面方面的能力比Tomcat強(qiáng)多了。
1、 用戶的網(wǎng)頁瀏覽器做完本地 DNS和企業(yè)授權(quán)的DNS之的請求/響應(yīng)后，這時候企業(yè)授權(quán)的DNS（即21cn BOSS DNS）會給用戶本地的DNS服務(wù)器提供一個NAT請求分配器（即網(wǎng)關(guān)）IP。
2、 NAT分配器，它會根據(jù)特定的分配算法，來決定要將連接交給哪一臺內(nèi)部 Apache httpd來處理請求。大多數(shù)的NAT請求分配器提供了容錯能力：根據(jù)偵測各種WEB服務(wù)器的失效狀況，停止將請求分配給已經(jīng)宕掉的服務(wù)器。并且有些分配器還可以監(jiān)測到WEB服務(wù)器機(jī)器的負(fù)載情況，并將請求分配給負(fù)載最輕的服務(wù)器等等。Linux Virtual Server是一個基于Linux操作系統(tǒng)上執(zhí)行的VS-NAT開源軟件套件，而且它有豐富的功能和良好的說明文件。商業(yè)硬件解決方案 Foundry Networks的ServerIron是目前業(yè)界公認(rèn)最佳的請求分配器之一。
3、 Apache httpd + Mod_JK2在這里是作為負(fù)載均衡器，那為什么要做集群呢？如果集群系統(tǒng)要具備容錯能力，以便在任何單一的硬件或軟件組件失效時還能100%可用，那么集群系統(tǒng)必須沒有單點(diǎn)故障之憂。所以，不能只架設(shè)一臺有mod_jk2的Apache httpd，因?yàn)槿绻?httpd或mod_jk2失效了，將不會再有請求被會送交到任何一個Tomcat 實(shí)例。這種情況下，Apache httpd就是瓶勁，特別在訪問量大的網(wǎng)站。
4、 Mod_JK2負(fù)載均衡與故障復(fù)原，決定把Apache httpd當(dāng)成web服務(wù)器，而且使用mod_jk2將請求傳送給Tomcat，則可以使用mod_jk2的負(fù)載均衡與容錯功能。在集群系統(tǒng)中，帶有 mod_jk2的Apache httpd可以做的事情包括：
A、 將請求分配至一或多個Tomcat實(shí)例上你可以在mod_jk2的workers.properties文件中，設(shè)定許多Tomcat實(shí)例，并賦于每個實(shí)例一個lb_factor值，以作為請求分配的加權(quán)因子。
B、 偵測Tomcat實(shí)例是否失敗當(dāng)Tomcat實(shí)例的連接器服務(wù)不再響應(yīng)時，mod_jk2會及時偵測到，并停止將請求送給它。其他的Tomcat實(shí)例則會接受失效實(shí)例的負(fù)載。
C、 偵測Tomcat實(shí)例在失效后的何時恢復(fù)因連接器服務(wù)失效，而停止將請求分配給Tomcat實(shí)例之后，mod_jk2會周期性地檢查是否已恢復(fù)使用性，并自動將其加入現(xiàn)行的Tomcat實(shí)例池中。
5、 Tomcat中的集群原理是通過組播的方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的查找并使用TCP連接進(jìn)行會話的復(fù)制。這里提示一下就是，對每個請求的處理，Tomcat都會進(jìn)行會話復(fù)制，復(fù)制后的會話將會慢慢變得龐大。
6、 Mod_jk2同時支持會話親和和會話復(fù)制。在tomcat 5中如何實(shí)現(xiàn)會話親和和會話復(fù)制？把server.xml中的標(biāo)簽去掉就實(shí)現(xiàn)會話親和，把標(biāo)簽加上就實(shí)現(xiàn)會話復(fù)制。
7、 會話親和：就是表示來自同會話的所有請求都由相同的Tomcat 實(shí)例來處理，這種情況下，如果Tomcat實(shí)例或所執(zhí)行的服務(wù)器機(jī)器失效，也會喪失Servlet的會話數(shù)據(jù)。即使在集群系統(tǒng)中執(zhí)行更多的Tomcat實(shí)例，也永遠(yuǎn)不會復(fù)制會話數(shù)據(jù)。這樣是提高集群性能的一種方案，但不具備有容錯能力了。
8、 使用會話復(fù)制，則當(dāng)一個Tomcat實(shí)例宕掉時，由于至少還有另一個Tomcat實(shí)例保有一份會話狀態(tài)數(shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)不會喪失。但性能會有所降低。
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