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                        PHP語言開發百度貼吧架構下中間層

                        添加時間:2019/07/30 來源:哈爾濱工業大學 作者:王益靜
                        本文設計實現的百度貼吧 PHP 中間層,解決了系統瓶頸問題,滿足了性能上的需求,提升了用戶體驗。經過實際的測試,以及一期工程下的具體部署,通過符合預期的結果,證明了架構重構的完美以及具體技術方案的可行性。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          貼吧是百度旗下獨立品牌,全球最大的中文社區。百度貼吧歷經 10 年沉淀,擁有 6 億注冊用戶,450 萬貼吧,日均話題總量近億,月活躍用戶數有 2 億,占中國網民總數的 39%。貼吧是基于 LAMP 架構下的解決方案成果,目前支撐了數十個子系統、十億的流量、千萬級提交量以及 T 級數據量。貼吧目前需要的是高性能、高穩定性、高擴展性、更快的響應時間、更好的用戶體驗以及快速開發/方便維護的架構/代碼。而作為承載如此重擔的 PHP 中間層卻面臨著很多問題,無法很好的解決貼吧高并發、高負載的需求。

                          論文從貼吧產品的需求點出發,以宏觀架構以及后臺具體處理流程為切入點,分析系統 PHP 中間層的問題,總結出系統的瓶頸以及流程上的缺陷,并提出具體系統功能需求以及相關技術改進方案。從技術角度介紹了改進方案的具體實施細節,比如架構重構、流程優化、進程同步等,為之后的具體實現提供理論基礎以及方案參考。

                          本文使用 C、PHP 語言開發出了貼吧架構下的中間層,承載高并發、高負載的需求,在設計上主要分為六大模塊:資源定位、健康檢查、負載均衡、協議支持、統一接口、本地配置自動化。首先通過對中間層的架構重構,包括資源定位與健康檢查,以及 MySQL 請求架構。再通過對系統工作進程相關流程的高度抽象,從抽象的流程上分析出系統瓶頸點,并針對瓶頸點進行深入的調研,從而確定設計方案。在負載均衡上,通過非主控式的設計方案,并從進程交互與進程同步等關鍵點出發,開發出符合貼吧高并發、高負載的系統,使 T 級請求下的平均響應時間達到小于 5 秒的要求。在系統的對外接口以及跨系統調用方面,也詳細闡述了關鍵服務的配置以及異常定位。最后在系統部署方面,也很好的討論了系統有關平滑上線以及相關服務映射的特性。

                          通過上述的設計,系統解決了瓶頸問題,滿足了性能上的需求,提升了用戶體驗。經過實際的測試,以及一期工程下的具體部署,通過符合預期的結果,證明了架構重構的完美以及具體技術方案的可行性。目前 PHP 中間層的改進方案已經部署到貼吧后臺的 12 個服務器,后續的二期工程會完全部署并推廣到其他的子系統中。

                          關鍵詞:百度貼吧;中間層;系統架構;高并發;負載均衡

                        Abstract

                          Baidu's Post Bar is an independent brand, the world's largest Chinese community. After 10 years of precipitation, Baidu Post Bar has 600 million registered users, 4.5 million of it, the total daily topic of hundred million, the number of monthly active users, 200 million, accounting for 39 % of China's total Internet users. Post Bar is a solution based on the results of LAMP architecture currently supports dozens of sub-systems, billions of traffic, the amount of ten million, and T -stage submission data. Post Bar is needed for a high-performance , high stability, high scalability, faster response time , better user experience and rapid development / easy maintenance architecture / code. As the burden of carrying such a PHP middle layer are facing a lot of problems , not a good solution to paste it high concurrency, high load demand .

                          This paper products from the demand point of departure paste it to specific macroeconomic framework and background processing as a starting point, problem analysis system PHP middle layer , summed bottlenecks and defect processes on the system, and to propose specific functional requirements of the system and related technology improvements solution. From a technical perspective on the specific implementation details of the improvement program, such as architecture reconstruction, process optimization, process synchronization, etc., to provide the theoretical basis and reference for the concrete realization of the program after .

                          This paper has developed the middle layer for php, using C and PHP Language, carrying high concurrency and high load demand.The design is divided into six modules : Resource Locator, health checks, load balancing, protocol support, unified interface, automated configuration. First, through the reconstruction of the middle layer of the architecture, including resource location and health checks, as well as MySQL request architecture. Then work through the system highly abstract processes related processes, from the abstract process to analyze the system bottlenecks, and conduct in-depth research for bottleneck points, in order to determine design. On load balancing, through non-pilot type design, and interact with the synchronization process from the process critical point of view, developed in line paste it high concurrency, high system load, the average response time T to reach the next level of less than 1 request s requirements. In the external interface system and cross-system calls, it also elaborated on configuration and abnormal localization of critical services. Finally, system deployment, the system is also very good discussion about the smooth lines and related service mapping features.

                          Through the above design, the system solves the bottleneck problems and meets the needs of performance, and enhances the user experience. After the actual test , as well as specific projects under the first phase of deployment, the middle layer proves the feasibility of specific technical solutions and perfect architecture reconstruction,through the results in line with expectations. Currently, PHP improvement program has been deployed to the middle layer and paste it back in 12 servers. The subsequent Phase II project will be fully deployed and extended to other sub-systems.

                          Keywords: Baidu Post Bar, middle layer, system architecture, high concurrent, load balance

                          本課題來源于百度在線網絡(北京)有限公司(以下簡稱百度公司)。百度公司是一家綜合性的互聯網公司,同時也是全球最大的中文引擎搜索,涉及到網頁、貼吧、音樂、圖片等多種產品。貼吧產品運營相對獨立,是國內涉足社交平臺最早的重量級產品。貼吧歷經 10 年沉淀,擁有 6 億注冊用戶,450 萬貼吧,日均話題總量近億,月活躍用戶數有 2 億,占中國網民總數的 39%。貼吧是基于 LAMP 架構下的解決方案成果,目前支撐了數十個子系統、十億的流量、千萬級提交量以及 T 級數據量[1]。在現有的環境與條件下,貼吧目前需要的是高性能、高穩定性、高擴展性、更快的響應時間、更好的用戶體驗以及快速開發/方便維護的架構/代碼,在這樣的前提下我們研究的課題應運而生。

                          因為互聯網的普及,用戶的持續增多,以及用戶對互聯網應用的用戶體驗質量越來越高,尤其是服務器的響應速度,這些都對 Web 性能提出了較高的要求[2]。大規模服務器集群的需要越來越迫切。需要解決的問題便是如何低成本的構建高可用、高性能的系統[3]。目前,國內外的各大公司都針對自己的業務需求,開發并推廣出了自身的集群架構,也因為他們的努力,多個開源的負載系統孕育而生[4]。只可惜這些開源系統只是專注于某一領域下的某一方面的問題解決,而沒有從宏觀的角度,構建整套的解決方案[5]。

                          LAMP(Linux-Apache-MySQL-PHP)網站架構是目前國際流行的 Web 框架[15],該框架由四大部分的首字母組成,四大部分分別是:Linux,Apache,MySQL,Perl、PHP 或者 Python 編程語言。LAMP 的優勢是價格低、性能高、跨平臺以及可通用[16]。

                          Apache 是 LAMP 架構的 Web Server,經過時間的大量考驗,Apache 是一個開源的 Web 服務器,模塊豐富是其一個很顯著的優點[17]。不過,目前輕量級的Web 服務器程序,例如 Nginx 等逐漸因為其高效的響應處理能力而慢慢的取代了現今愈加臃腫的 Apache。Nginx 不支持 PHP 語言,但是它在負載均衡方面,有很好的作用,所以,可以讓它與 Apache 一起協作,來更好的負載 PHP[18]。

                          MySQL 作為一個開源的數據庫,其經過多個大公司,包括阿里巴巴、百度、騰訊等的完善以及高并發操作的考驗,事實證明,MySQL 在處理集群、事務等方面的能力不輸于現今數據庫的老大 Oracle。在處理服務器的穩定連接數量方面,MySQL 也表現的十分的出色[19]。

                          綜上所述,可得知,LAMP 是一個非常優秀的網站架構,其在高訪問量的負載方面,絕對是一個很優秀的方案[20]。

                          在大規;ヂ摼W應用中,負載均衡設備是必不可少的一個節點,源于互聯網應用的高并發和大流量的沖擊壓力,我們通常會在服務端部署多個無狀態的應用服務器和若干有狀態的存儲服務器(數據庫、緩存等等)[21]。

                          負載均衡設備的任務就是作為應用服務器流量的入口,挑選最合適的一臺服務器,將客戶端的請求轉發給它處理,實現客戶端到真實服務端的透明轉發。

                          最近幾年很火的云計算以及分布式架構,本質上也是將后端服務器作為計算資源、存儲資源,由某臺管理服務器封裝成一個服務對外提供,客戶端不需要關心真正提供服務的是哪臺機器,在它看來,就好像它面對的是一臺擁有近乎無限能力的服務器,而本質上,真正提供服務的,是后端的集群[22]。

                        PHP語言開發百度貼吧架構下中間層:

                        同時啟動 1 億個虛擬用戶運行時情況圖
                        同時啟動 1 億個虛擬用戶運行時情況圖

                        并發用戶運行圖(5 千萬個用戶)
                        并發用戶運行圖(5 千萬個用戶)

                        響應時間圖(5 千萬個用戶)
                        響應時間圖(5 千萬個用戶)

                        并發用戶運行圖(7 千萬個用戶)
                        并發用戶運行圖(7 千萬個用戶)

                        響應時間圖(7 千萬個用戶)
                        響應時間圖(7 千萬個用戶)

                        并發用戶運行圖(1 億個用戶)
                        并發用戶運行圖(1 億個用戶)

                        響應時間圖(1 億個用戶)
                        響應時間圖(1 億個用戶)

                        目 錄

                          摘 要
                          ABSTRACT
                          第 1 章 緒論
                            1.1 課題來源及研究意義
                            1.2 與課題相關的國內外研究綜述
                              1.2.1 高并發與高負載的研究
                              1.2.2 LAMP 架構
                              1.2.3 負載均衡與 LVS
                            1.3 本論文的主要工作內容
                          第 2 章 PHP 中間層需求與關鍵技術分析
                            2.1 名詞解釋
                            2.2 功能現狀分析
                            2.3 總體設計
                            2.4 功能性需求
                              2.4.1 統一接口
                              2.4.2 協議支持與數據格式轉化
                              2.4.3 資源定位
                              2.4.4 負載均衡
                              2.4.5 服務運行狀態檢查
                              2.4.6 精細化控制
                              2.4.7 本地配置與自動化加載
                              2.4.8 數據庫的配合
                            2.5 非功能性需求
                              2.5.1 性能需求
                              2.5.2 異常定位
                              2.5.3 配置文檔完整性
                            2.6 系統關鍵技術分析
                              2.6.1 系統架構方案
                              2.6.2 資源定位與服務運行狀態檢查
                              2.6.3 負載均衡
                            2.7 本章小結
                          第 3 章 PHP 中間層的詳細設計及實現
                            3.1 中間層的架構設計
                              3.1.1 資源定位與服務運行狀態檢查
                              3.1.2 MySQL 請求架構
                            3.2 Camel PHP Lib 實現
                              3.2.1 設計實現
                              3.2.2 數據庫反饋交互信息
                            3.3 Camel.so 實現
                              3.3.1 處理流程
                              3.3.2 連接池
                              3.3.3 設計實現
                            3.4 超級負載均衡
                              3.4.1 設計實現
                              3.4.2 Filter
                              3.4.3 重構設計
                              3.4.4 多協議支持
                            3.5 服務信息的熱加載
                            3.6 配置示例
                              3.6.1 Camel.conf
                              3.6.2 Service.conf
                              3.6.3 Protocol.conf
                            3.7 需要考慮的問題
                              3.7.1 平滑上線
                              3.7.2 關于服務映射
                            3.8 本章小結
                          第 4 章 PHP 中間層配置與異常說明
                            4.1 配置
                              4.1.1 配置簡介
                              4.1.2 系統配置
                              4.1.3 CAMEL 進程配置
                              4.1.4 資源定位伽利略配置
                              4.1.5 WORKER 進程配置
                              4.1.6 伽利略本地備份配置
                            4.2 異常日志
                              4.2.1 PHP 主進程
                              4.2.2 CAMEL 進程
                              4.2.3 PHP 工作進程
                            4.3 本章小結
                          第 5 章 PHP 中間層的測試和結果分析
                            5.1 測試工具
                            5.2 測試環境
                            5.3 測試流程
                              5.3.1 腳本編寫
                              5.3.2 執行腳本
                            5.4 測試數據分析
                            5.5 測試結論
                            5.6 本章小結
                          結 論
                          參考文獻
                          哈爾濱工業大學學位論文原創性聲明和使用權限
                          致 謝
                          個人簡歷

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