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内容概要

作者简介：



伊藤直也

Hatena首席技术官， KAIZEN platform Inc. 高级技术顾问。

胜见祐己

KLab基础设施工程师。

田中慎司

信息学博士，现就职于Hatena，负责Hatena服务的350余台服务器的运维工作。

广濑正明

KLab基础设施工程师。

安井真伸

就职于KLab研究开发部。致力于在现有的基础设施的基础上，摸索出新的机制。

横川和哉

就职于KLab研究开发部。

译者简介：

张毅

运维架构师。曾任Google SRE工程师，具备网络架构设计、性能调优、风险预控等能力，对海量数据的运维策略有自身独到的理解。

书籍目录

第1章　服务器及基础设施搭建入门

冗余及负载分流的基础　　1

1.1　冗余的基础　　2

1.1.1　冗余概述　　2

1.1.2　冗余的本质　　2

①设想可能发生的故障　　2

②预先准备好备份设备　　3

③部署工作机制……当故障发生时，切换到备份设备　　3

1.1.3　应对路由器故障的情况　　4

冷备份　　4

1.1.4　应对Web服务器故障的情况　　4

热备份　　5

1.1.5　故障转移　　6

VIP　　6

IP地址的映射　　6

1.1.6　检测故障……健康检查　　7

Web服务器的健康检查　　8

路由器的健康检查　　8

1.1.7　搭建Active/Backup的拓扑结构　　8

IP地址的映射操作　　10

1.1.8　还想更有效地使用服务器……负载分发　　10

1.2　实现Web服务器的冗余……DNS轮询　　12

1.2.1　DNS轮询　　12

1.2.2　DNS轮询的冗余拓扑结构示例　　13

1.2.3　还想更轻松地扩充系统……负载均衡器　　16

1.3　实现Web服务器的冗余……基于IPVS的负载均衡器　　17

1.3.1　DNS轮询与负载均衡器的不同点　　17

1.3.2　IPVS……基于Linux的负载均衡器　　18

负载均衡器的种类与IPVS的功能　　18

1.3.3　调度算法　　18

1.3.4　使用IPVS　　20

ipvsadm　　20

keepalived　　20

1.3.5　搭建负载均衡器　　21

配置Web服务器　　22

启动keepalived　　23

确认负载分流　　23

确认冗余的拓扑结构　　24

1.3.6　四层交换机与七层交换机　　24

1.3.7　四层交换机的NAT模型与DSR模型　　26

1.3.8　同一子网下的服务器进行负载分流时需要注意的地方　　28

1.4　路由器及负载均衡器的冗余　　30

1.4.1　负载均衡器的冗余　　30

1.4.2　虚拟路由器冗余协议（VRRP）　　30

1.4.3　VRRP的拓扑模型　　30

VRRP报文　　31

虚拟路由器ID　　32

优先顺序　　32

抢占模式　　33

虚拟MAC地址　　33

1.4.4　安装keepalived时可能遇到的问题　　34

延迟发送gratuitous ARP（GARP）　　34

1.4.5　keepalived的冗余　　35

确认VIP　　36

确认VRRP的运行情况　　37

分离VRRP实例　　37

同步VRRP实例　　38

1.4.6　keepalived的应用　　38

第2章　优化服务器及基础设施的拓扑结构

冗余、负载分流、高性能的实现　　39

2.1　引入反向代理……Apache模块 　　40

2.1.1　反向代理入门　　40

2.1.2　根据HTTP请求的内容来控制系统的行为　　41

根据IP地址进行控制　　42

根据User-Agent进行控制　　42

网址的重写　　42

2.1.3　优化系统整体的内存使用率　　43

例：动态页面中的请求详情　　43

2.1.4　缓存Web服务器的应答数据　　45

HTTP的Keep-Alive　　45

例：内存消耗与Keep-Alive的开启/关闭　　46

2.1.5　使用Apache模块控制处理规则　　47

增设反向代理的判断　　48

2.1.6　增设反向代理　　48

使用Apache 2.2　　48

以worker模式启动httpd　　49

httpd.conf的配置　　49

设定最大进程/线程数　　49

Keep-Alive的配置　　51

载入必要的模块　　52

设定RewriteRule 　　52

2.1.7　进一步对RewriteRule进行设置　　53

禁止来自特定主机的请求　　54

对于来自搜索引擎机器人的请求使用缓存服务器　　54

2.1.8　使用mod_proxy_balancer向多台主机分流　　55

mod_proxy_balancer的使用示例　　56

2.2　增设缓存服务器……Squid、memcached 　　58

2.2.1　引入缓存服务器　　58

HTTP与缓存　　58

通过Live HTTP Headers得知缓存效果　　58

2.2.2　Squid缓存服务器　　59

使用Squid搭建反向代理　　60

Squid缓存什么　　61

Squid的设定示例　　62

2.2.3　使用memcached进行缓存　　64

2.3　MySQL同步……发生故障时的快速恢复　　66

2.3.1　万一数据库服务器停止　　66

导致数据库停止的原因　　66

短时间内恢复的办法　　66

2.3.2　MySQL的同步功能的特性和注意点　　67

单主与多从　　67

异步数据同步　　68

被同步的数据内容　　68

2.3.3　同步的结构　　69

Slave 的I/O线程与SQL线程　　69

二进制日志与中继日志　　69

位置信息　　70

2.3.4　搭建同步结构　　70

同步条件　　70

my.cnf　　71

建立同步专用的用户　　71

同步开始时所必需的数据　　72

2.3.5　启动同步　　73

Master和Slave的my.cnf文件的差异　　73

Slave开始运行&确认　　73

2.3.6　确认同步的状态　　74

Master的状态确认　　74

Slave的状态确认　　75

2.4　MySQL的Slave+内部负载均衡器的灵活应用示例　　78

2.4.1　MySQL的Slave的运用方法　　78

Slave的运用策略　　78

分发到多台Slave上　　78

2.4.2　通过负载均衡器将请求分发到多台Slave的方法　　79

概况图　　79

内部负载均衡器的配置　　80

MySQL Slave的设定　　82

体验将请求分发到多台Slave的负载均衡　　83

2.4.3　内部负载均衡器的注意点……基于DSR的分发方法　　83

2.5　选择轻量高速的存储服务器 　　85

2.5.1　存储服务器的必要性　　85

存储服务器容易导致单点故障　　86

存储服务器容易造成瓶颈　　86

2.5.2　理想的存储服务器　　88

减轻负载　　88

2.5.3　将HTTP作为存储协议使用 　　88

轻量Web服务器的选择　　89

利用HTTP的优势　　89

2.5.4　遗留的问题　　90

第3章　进一步完善不间断的基础设施

DNS服务器、存储服务器、网络　　93

3.1　DNS服务器的冗余 　　94

3.1.1　DNS服务器冗余的重要性　　94

3.1.2　使用解析库实现冗余及存在的问题　　94

解析库存在的问题　　95

性能下降的危险性……以邮件服务器为例　　95

DNS故障会造成很大的影响　　96

3.1.3　基于服务器集群的DNS冗余　　96

3.1.4　使用VRRP的拓扑结构　　96

3.1.5　DNS服务器的负载分发　　98

3.1.6　小结　　100

3.2　存储服务器的冗余……利用DRBD实现镜像 　　101

3.2.1　存储服务器的故障排解　　101

3.2.2　存储服务器同步的难点　　101

3.2.3　DRBD　　102

DRBD架构　　102

3.2.4　DRBD的设置与启动　　103

启动DRBD的Master服务器　　104

启动DRBD的备份服务器　　105

3.2.5　DRBD的故障转移　　105

手动切换　　105

keepalived的配置　　106

利用daemontools来控制keepalived　　108

3.2.6　NFS服务器故障转移时的注意事项　　109

3.2.7　备份的必要性　　110

3.3　网络的冗余……驱动绑定、RSTP　　111

3.3.1　L1/L2上部件的冗余　　111

3.3.2　故障点　　111

3.3.3　链路冗余与驱动绑定　　112

驱动绑定　　112

3.3.4　交换机的冗余　　114

链路故障时的行为　　114

交换机故障时的行为　　115

交换机间遭遇连接故障时的情况　　115

3.3.5　增设交换机　　116

实现多重冗余　　117

3.3.6　RSTP　　117

网桥的优先顺序及根网桥　　118

RSTP中端口的作用　　119

RSTP的行为　　119

3.3.7　总结　　120

3.4　引入VLAN……使网络更加灵活　　121

3.4.1　基于服务器集群的高灵活性网络　　121

3.4.2　引入VLAN的优点　　121

交换机的有效使用　　122

故障服务器的恢复机制 …灵活使用一台备用机　　123

使用VLAN，仅用一台备用机就能实现恢复　　123

3.4.3　VLAN的基础知识　　124

3.4.4　VLAN的种类　　125

端口VLAN　　126

标记VLAN　　127

3.4.5　在服务器集群中的使用　　128

不使用VLAN的拓扑结构　　128

使用端口VLAN的拓扑结构　　129

使用VLAN标签的拓扑结构　　130

3.4.6　 即便在复杂的VLAN结构下，也需要让物理层面的设备

结构尽可能简易化　　132

第4章　性能优化、调整

Linux单个主机、Apache、MySQL　　133

4.1　基于Linux单个主机的负载评估　　134

4.1.1　充分发挥单个主机的性能　　134

清楚何为性能、何为负载　　134

4.1.2　别臆断，请监控　　135

4.1.3　确认瓶颈的基本流程　　136

观察load average　　136

观察CPU、I/O是否存在瓶颈　　137

当CPU负载较高时　　137

当I/O负载较高时　　137

4.1.4　何为负载　　138

两种负载　　138

多任务操作系统与负载　　139

搞清负载的本来面目=知晓内核的行为　　140

进程调度和进程状态　　140

进程状态变迁的具体例子　　142

进程状态迁移汇总　　144

换算到load average的等待状态　　144

load average表述的负载意义　　145

4.1.5　计算load average的内核编码　　146

4.1.6　通过load average判断CPU使用率和I/O等待时间　　148

使用sar来查看CPU使用率及I/O等待时间　　149

CPU的用户模式和系统模式　　149

I/O密集型服务器的sar　　150

4.1.7　多核CPU与CPU使用率　　151

4.1.8　如何计算CPU的使用率　　152

4.1.9　进程记账的内核编码　　153

4.1.10　线程和进程　　156

内核中的进程和线程　　157

ps和线程　　158

LinuxThreads和NPTL　　159

4.1.11　ps、sar、vmstat的使用方法　　159

ps……输出进程信息　　159

VSZ与RSS……虚拟内存和物理内存的指标　　160

TIME……CPU占用时间　　162

通过ps命令查看Blocking和Busy Loop的差异　　162

sar……查看系统报告的各项指标　　163

sar -u……查看CPU的使用率　　165

sar -q……查看load average　　165

sar -r……查看内存的使用状况　　166

减轻I/O负载及页面缓存　　166

通过页面缓存减轻I/O负载的实施效果　　167

将所需的数据整个放到页面缓存上　　168

sar -W……查看交换区的吞吐状况　　169

vmstat……查看虚拟内存的相关信息　　170

4.1.12　找到系统负载的症结并解决　　171

4.2　Apache的优化 　　172

4.2.1　Web服务器的优化　　172

4.2.2　Web服务器遭遇瓶颈怎么办　　172

4.2.3　Apache的并发处理与MPM　　173

prefork与worker，进程与线程　　175

从编程模型看多进程/多线程的差异　　175

从性能的观点来看多进程/多线程的差异　　176

一个客户端对应一个进程/线程　　177

4.2.4　httpd.conf的配置　　177

Apache的安全阀MaxClients　　177

在prefork模式的情况下　　178

父子进程共享内存的写时复制技术　　180

查看写时复制时共享的内存大小　　181

MaxRequestsPerChild　　183

在worker模式的情况下　　183

在系统超载的情况下，改变MaxClients前需要了解　　185

4.2.5　Keep-Alive　　186

4.2.6　Apache以外的选择　　186

lighttpd　　187

4.3　MySQL的调优诀窍　　189

4.3.1　MySQL的调优诀窍　　189

基于调优视角的分类　　189

1 服务器方面　　189

2 服务器之外的其他方面　　190

3 周边系统　　190

本章接下来要处理的内容　　191

4.3.2　内存相关的参数优化　　191

缓冲的种类……优化时的注意事项①　　191

不能分配太多……优化时的注意事项②　　192

内存的相关参数　　192

4.3.3　内存相关的检查工具……mymemcheck　　194

第5章　高效运行

确保服务的稳定提供　　197

5.1　服务状态监控Nagios　　198

5.1.1　稳定的服务运营与服务状态监控　　198

5.1.2　状态监控的种类　　198

1 存活状态的监控　　198

2 负载状态的监控　　199

3 可用率的统计　　200

5.1.3　Nagios概述　　201

安装Nagios　　201

5.1.4　Nagios的配置　　201

配置文件　　202

host……主机的配置　　202

service……服务的定义　　203

command……命令的定义　　204

contact与contactgroup……通知对象和通知对象组　　205

配置的测试　　206

5.1.5　Web管理界面　　206

5.1.6　Nagios的基本使用方法　　208

主机和服务的定义　　208

通知　　209

5.1.7　实用的使用方法　　212

可用率的测定　　212

独立插件　　214

5.1.8　小结　　216

5.2　服务器资源的监控……Ganglia　　217

5.2.1　服务器资源的监控　　217

监控的目的　　217

5.2.2　检测工具的讨论　　218

5.2.3　Ganglia……面向大量节点的图表化工具　　218

5.2.4　将Apache的进程状态图表化　　220

在Ganglia中增加图表的方法　　222

尝试增加多个图表　　222

其他的自定义图表　　223

5.3　高效的服务器管理……Puppet　　225

5.3.1　实现高效的服务器管理的工具Puppet　　225

5.3.2　Puppet的概要　　225

5.3.3　Puppet的配置　　226

节点的定义　　227

类的定义　　227

确认配置是否有效　　229

5.3.4　配置文件的语法　　230

资源的定义　　230

资源　　231

对各个服务器的配置进行微调　　232

资源间的依赖关系　　233

通过模板完成Manifest文件的定义　　233

5.3.5　通知操作日志　　237

5.3.6　运用　　238

5.3.7　自动配置管理工具的利与弊　　239

5.4　守护进程的工作管理……Daemontools　　241

5.4.1　守护进程的异常终止　　241

5.4.2　daemontools　　241

使用daemontools的原因　　242

成为守护进程的条件……在前台运行　　243

5.4.3　守护进程的管理方法　　243

创建守护进程　　243

启动守护进程　　244

停止、继续、重新启动守护进程　　245

停用守护进程　　245

发送信号　　245

Keepalived……run文件的例子①　　246

自编的监控脚本……run文件的例子②　　246

5.4.4　daemontools的实用技巧　　248

控制所依赖的服务的启动顺序　　248

常用的shell函数　　249

5.5　网络引导的应用……PXE、initramfs　　252

5.5.1　网络引导　　252

网络引导的特性及优势　　252

5.5.2　网络引导的行为……PXE　　253

5.5.3　网络引导的应用实例　　255

负载均衡器　　255

数据库服务器/文件服务器　　256

维护用的引导映像　　256

5.5.4　构建网络引导　　257

initramfs的通用化和作用的识别　　257

无盘结构中需要注意的事项　　258

Master文件的安全性 　　259

5.6　远程维护……维护线路、Serial Console、IPMI 　　260

5.6.1　轻松实现远程登录　　260

5.6.2　网络故障的应对　　260

维护线路　　260

交换机故障的应对　　262

5.6.3　Serial Console　　263

Serial Console的实现　　264

5.6.4　IPMI　　266

IPMI的功能　　266

使用IPMI　　267

5.6.5　总结 　　267

5.7　Web服务器的日志处理……syslog、syslog-ng、cron、rotatelogs　　268

5.7.1　Web服务器日志的分拣·收集　　268

5.7.2　分拣与收集　　268

5.7.3　日志的分拣……syslog和syslog-ng　　269

使用syslog进行日志的分拣　　269

syslog-ng　　270

5.7.4　日志的收集　　272

Apache日志的转储……cron与rotatelogs　　272

5.7.5　日志服务器的作用与构成　　273

5.7.6　总结　　274

第6章　服务后台

自律的基础设施、稳健的系统　　275

6.1　Hatena网站的内容　　276

6.1.1　Hatena的基础设施　　276

6.1.2　可扩展性和稳定性　　277

反向代理　　278

数据库　　279

文件服务器　　281

6.1.3　提高运营效率　　282

安装Kickstart　　282

软件包管理和Puppet　　282

服务器的管理和监控　　283

使用Capistrano部署　　284

6.1.4　用电效率·提高资源的利用率　　285

重视服务器每1A所发挥的性能　　285

充分利用每台服务器的性能　　286

不安装无用的零件　　287

6.1.5　为了自律的基础设施而努力　　288

6.2　DSAS的内容　　290

6.2.1　什么是DSAS　　290

6.2.2　DSAS的特征　　291

一个系统容纳多个网站　　291

使用开源软件搭建　　291

无论切断任何地方，网络服务都不会停止　　294

服务器增设非常方便　　295

故障修复非常简单　　295

6.2.3　系统架构的详情　　296

使用驱动绑定的原因　　296

DRBP实现故障转移时的注意事项　　297

配置SSL加速器　　299

扩展健康检查功能　　301

既方便又安全地使用负载均衡器　　303

处理会话数据　　306

memcached　　307

repcached　　307

6.2.4　DSAS的未来　　309

作者简介

本书是著名的网络服务供应商Hatena和Klab有限公司的工程师团队的经验总结。全书从实际的生产环境出发，就大规模、高性能、不间断的网络服务的搭建和管理技术进行了分析和说明。前3章讲解了如何搭建兼具冗余性和可扩展性的服务器/基础设施；第4章讲解了性能优化方面的内容，特别是对单个服务器的性能提升方法进行了介绍；第5章讲解了监控、管理等运行方面的内容，以笔者身边的实际生产环境为例，介绍了提升设备运行效率的技巧；第6章介绍了Hatena与KLab实际运作的网络和服务器基础设施的情况。

本书适合所有致力于运维和网络后端的开发者阅读。

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