电商商业平台技术架构系列教程之：电商平台运维与性能优化

发布于：2023-09-27 ⋅ 阅读:(88) ⋅ 点赞:(0)

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

随着互联网行业的蓬勃发展，电子商务的兴起对传统互联网企业来说是一个极大的亮点。近年来，随着电商平台的日渐壮大，在大量用户接入、交易及营销场景下，各种平台的流量过多、高并发、高可用、安全等问题成为影响平台运行质量的主要因素。为了解决这些问题，相关部门对电商平台的运维进行了重视。本文将从以下几个方面对电商平台运维进行全面剖析，并通过案例实践的方式来阐述平台运维中的一些典型问题与解决方案。如此，在帮助读者能够更加深刻地理解电商平台运维的意义、机制、原理和策略，以及应对平台运维过程中遇到的实际困难和挑战。同时，也为企业进一步探索建立面向电商平台管理体系的运维体系奠定基础。

2.基本概念术语说明

2.1 微服务架构

微服务架构（Microservices Architecture）是一种服务化架构风格，它将单个应用程序作为一个小而自治的服务来开发，服务之间采用轻量级的通信机制互相沟通，每个服务运行在自己的进程中，拥有自己独立的数据存储能力和处理能力。这种架构模式吸收了云计算、大数据时代的软件开发模式，具有很强的可伸缩性和可靠性。

根据微服务架构的定义，通常情况下，一个完整的应用由多个微服务组成，各个微服务之间通过轻量级的通信协议互相调用。比如，用户服务、商品服务、订单服务、支付服务等。通过这种架构模式，可以有效降低系统复杂度、提升系统开发效率、增强系统弹性和容错性。

2.2 分布式计算框架

分布式计算框架是指基于分布式系统环境提供的统一编程模型和API，使得程序员可以使用方便灵活的编程语言编写分布式应用程序。包括但不限于Hadoop、Spark、Storm等开源分布式计算框架。

2.3 NoSQL数据库

NoSQL（Not only SQL）是非关系型数据库的统称，是一种支持按需扩展的数据库类型。目前最流行的NoSQL数据库包括MongoDB、Redis、Cassandra等。NoSQL数据库擅长横向扩展，可自动扩容，因此非常适合高并发场景下的海量数据存储和分析。

2.4 Nginx

Nginx是一款开源的高性能Web服务器和反向代理服务器。其主要用于静态内容的处理，也可以作为负载均衡服务器，提供动态内容服务。

2.5 Linux

Linux操作系统是一个免费、开源的类Unix操作系统，基于POSIX和UNIX标准。它内置了各种常用工具，可以用来管理系统资源、网络，以及运行其他应用程序。Linux常用的发行版本有CentOS、Ubuntu、Debian等。

2.6 云计算平台

云计算平台是指托管在公共云平台或私有云平台上的IT基础设施，可以提供虚拟化、自动化、自动扩容、安全防护、高可用、按需付费等功能。主要的云计算平台有Amazon Web Service、Google Cloud Platform、Microsoft Azure等。

2.7 Hadoop生态圈

Hadoop生态圈是指Apache Hadoop项目及其周边生态产品、技术、工具、框架等的总称。包括HDFS、MapReduce、Hive、Zookeeper、Flume、Sqoop、Pig、Mahout、Oozie等。

2.8 Tomcat

Tomcat是Apache Software Foundation（ASF）的Jakarta Project的一款轻量级Web应用服务器。它是一个开源的Servlet容器，是一个基于Java的Web应用服务器，实现JSP、HTTP协议规范。

2.9 Redis

Redis（Remote Dictionary Server）是一个开源的高速缓存数据库。它是一种基于键值对存储的内存数据库，具有快速、高效的查找速度，且支持数据的持久化。Redis支持主从复制，可实现读写分离。

2.10 Elasticsearch

Elasticsearch是一个基于Lucene开发的搜索引擎，支持全文检索、结构化查询、以及准确的排序。它是一个开源的分布式搜索服务器。

3.核心算法原理和具体操作步骤以及数学公式讲解

3.1 DNS域名解析流程

DNS域名解析过程如下图所示：

  1. 用户输入www.baidu.com；
  2. 检查本地域名服务器是否缓存该域名解析结果；
  3. 如果没有，则向根域名服务器（Root Nameserver，如ns1.dnspai.com）发出请求，获取com顶级域服务器的IP地址；
  4. com顶级域服务器返回com所有权归IANA（Internet Assigned Numbers Authority，美国互联网号码分配机构）所有；
  5. IANA返回com域名服务器的IP地址；
  6. 请求本地域名服务器www.baidu.com；
  7. www.baidu.com域名服务器没有缓存该域名解析结果，将请求转交给百度域名服务器（Baidu Domain Server，如ns3.dnspai.com）；
  8. Baidu Domain Server返回baidu.com域名服务器的IP地址；
  9. 请求本地域名服务器www.baidu.com；
  10. www.baidu.com域名服务器缓存域名解析结果，直接返回解析结果www.a.shifen.com。

3.2 DNS递归查询和迭代查询

当客户端需要访问某个域名的时候，首先应该确定服务器的IP地址。对于大部分域名解析，采用递归查询方式非常简单，只要客户端向域名服务器发送域名请求，域名服务器便会直接返回域名对应的IP地址。但是当客户发送的请求数量比较多时，域名服务器可能不能及时回复所有的请求，因此出现“域名查询超时”或者“溢出错误”的情况。为了缓解这个问题，DNS提供两种查询方式，分别是递归查询和迭代查询。

递归查询：当域名服务器接收到域名解析请求时，它不会立即返回域名对应IP地址，而是先检查自身的缓存记录，如果有缓存记录，则直接返回缓存的IP地址；否则，它将请求转发到它的上级域名服务器进行解析，直至找到根域名服务器为止。

迭代查询：当域名服务器接收到域名解析请求时，它会首先检查自身的缓存记录，如果有缓存记录，则直接返回缓存的IP地址；否则，它会通知其他的域名服务器尝试解析该域名，直到找到对应的IP地址。只有在所有的域名服务器都无法解析该域名时，才会返回域名解析失败。

一般情况下，递归查询会快于迭代查询，因为它避免了很多无效的询问和响应，但在某些特殊情况下（例如域名服务器故障），迭代查询可能会更快地完成解析。

3.3 HTTP请求方法

HTTP请求方法主要分为GET、POST、PUT、DELETE、HEAD、OPTIONS五种。GET和POST都是用于从服务器获取资源的方法，但是两者的区别是：

  • GET方法要求服务器返回所请求的内容，而且URL中不能含有输入信息，因为URL表示的是资源，不能修改资源的状态，GET方法一般用于读取数据；
  • POST方法用来传输实体的主体，并允许附加信息，例如表单数据，提交到服务器，POST方法一般用于更新数据。

除此之外，还有其他几种请求方法，例如PUT、DELETE、HEAD、OPTIONS等。

3.4 Redis缓存淘汰策略

Redis缓存淘汰策略是指当Redis的容量达到一定阈值后，如何选择哪些数据清除掉。常用的淘汰策略有如下几种：

  1. 最近最少使用（LRU）：当要淘汰缓存条目时，优先淘汰最近最少使用的条目；
  2. 最长时间未使用（TTL）：当要淘汰缓存条目时，优先淘汰那些最长时间内没有被访问过的条目；
  3. 随机删除：当要淘汰缓存条目时，随机选择一条条目清除；
  4. 完全随机：当要淘汰缓存条目时，随机选择一条条目清除；

3.5 HDFS读写数据流程

HDFS读写数据流程如下图所示：

  1. 客户端请求读取文件，NameNode收到请求后定位元数据块位置并返回给客户端；
  2. 客户端再次请求读取文件，DataNode收到请求后进行数据读取并返回给客户端；
  3. 当客户端写入新数据时，客户端请求NameNode创建文件，NameNode向DataNode发起文件创建请求；
  4. DataNode收到请求后，在本地生成新的文件并追加写入数据，最后告诉NameNode文件创建成功；
  5. 当NameNode向DataNode发送文件创建请求后，DataNode会将数据进行分块，并记录各自的位置信息；
  6. 当客户端读取数据时，客户端请求NameNode定位目标文件的块位置并返回给客户端；
  7. 客户端再次请求读取数据，DataNode收到请求后根据位置信息进行数据读取；

4.具体代码实例和解释说明

4.1 Nginx配置示例

worker_processes auto;
error_log /var/log/nginx/error.log warn;
pid /run/nginx.pid;


events {
    worker_connections 1024;
}


http {
    log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    access_log  /var/log/nginx/access.log  main;

    sendfile            on;
    tcp_nopush          on;
    tcp_nodelay         on;
    keepalive_timeout   65;
    types_hash_max_size 2048;

    include             /etc/nginx/mime.types;
    default_type        application/octet-stream;


    # Load modular configuration files from the /etc/nginx/conf.d directory.
    # See http://nginx.org/en/docs/ngx_core_module.html#include
    # for more information.
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

4.2 Docker镜像制作示例

Dockerfile示例如下：

FROM centos:latest
MAINTAINER "zhouhang" <<EMAIL>>

RUN yum install wget -y && \
    wget https://dlcdn.apache.org/kafka/3.1.0/kafka_2.13-3.1.0.tgz && \
    tar zxvf kafka_2.13-3.1.0.tgz && \
    mv kafka_2.13-3.1.0 /usr/local/kafka

WORKDIR /usr/local/kafka/config

ENV KAFKA_BROKER_ID=0\
    KAFKA_LISTENERS="PLAINTEXT://:9092"\
    KAFKA_ADVERTISED_LISTENERS="PLAINTEXT://localhost:9092"\
    KAFKA_ZOOKEEPER_CONNECT=zookeeper:2181\
    PATH=${PATH}:/usr/local/kafka/bin:/usr/local/kafka/scripts:/usr/local/kafka/libs

CMD ["./start-kafka.sh"]

EXPOSE 9092

4.3 性能调优建议

  • 使用连接池：减少频繁创建、释放连接的开销，做到线程安全；
  • 压缩传输：压缩传输可以降低网络带宽消耗，提升传输效率；
  • 数据预热：尽早将热门数据加载到缓存中，避免缓存穿透；
  • 批量查询：合理的批量查询可以有效地减少请求次数，提升性能；
  • 设置合理的过期时间：过期时间设置得太长或太短都会导致缓存击穿和雪崩的问题，应合理设置；
  • 慢查询日志监控：慢查询日志监控可以发现潜在的性能问题，并及时进行优化；
  • 避免缓存雪崩：在缓存失效前添加随机冷却时间，避免集体失效；
  • 配置缓存大小：合理的缓存大小可以降低内存的占用，提升命中率；

5.未来发展趋势与挑战

随着云计算和大数据技术的飞速发展，互联网领域也在迅猛发展。随着电商平台的日渐壮大，越来越多的企业将自己的数据资产迁移到了云端，而不再依赖物理机部署的服务。那么，当前云端的电商平台运维中，存在哪些可以突破的瓶颈呢？下面就来看看这些问题：

5.1 大规模集群环境运维

由于电商平台集群规模庞大，集群的管理维护需要高度的技术功底和管理经验，才能保证服务的高可用、稳定性和性能。同时，如何提升集群资源利用率，是当前运维人员面临的重要挑战。比如：

  • 集群规模扩容：在业务需求增加或集群性能提升的情况下，如何顺利扩容，保证平台的正常运行，这是当前运维人员的一个关键任务；
  • 服务保障：当前电商平台面临的各种异常行为、故障或问题，如何及时发现、处理和应对，提升平台的服务质量是运维人员的首要责任；
  • 故障诊断：如何快速准确地诊断出系统内部的故障原因，并通过工具、手段进行分析定位，推动故障根因分析和问题修复，也是运维人员需要重点关注的工作内容；
  • 性能优化：如何对平台的CPU、内存、IO、网络等资源进行及时的监测、评估和调优，优化集群的资源利用率，保持平台的高性能和稳定运行，是当前运维人员的重要工作。

5.2 复杂的运维工作

虽然云计算和大数据技术为我们提供了大规模集群的基础架构，但是平台的运维仍然是一个复杂的工作，包括：

  • 成熟的自动化运维工具：当前运维人员需要学习、掌握和使用大量自动化运维工具，比如Ansible、SaltStack、Puppet等，提升平台的可维护性和自动化程度；
  • 自动化运维平台：如何搭建自动化运维平台，并赋予其高可用、易用、可观察、可管理的特征，实现平台运维自动化、精细化和可控性；
  • 可信的运维团队：当前运维人员应具备高度的职业道德，善于沟通协调和指导他人，做到科学合理的运维决策，打造一个可靠、服务的运维团队；
  • 持续的系统改进：当前运维人员还需要不断提升自己技术水平、领悟云计算和大数据技术的理论知识，不断完善自身的运维技能，持续完善平台运维能力。

5.3 云化的挑战

虽然云计算为企业提供了基础设施的超级弹性，但是也带来了新的挑战。特别是在电商平台这样的复杂系统中，如何保证平台在云端的高可用、安全、可靠，成为企业面临的重大挑战。比如：

  • 时区问题：在云端运行的电商平台，如何兼顾各地用户的时区偏差，满足各地用户的需求，这是一个重大挑战；
  • 网络问题：云端运行的电商平台，如何处理跨机房、跨国家用户的网络问题，如何进行网络流量控制，是一个需要考虑的关键点；
  • 容灾问题：如何在云端运行的电商平台，快速、有效地进行容灾恢复演练，成为企业的重中之重。

6.附录常见问题与解答

Q：什么是云计算？

A：云计算是利用网络以及计算机硬件等资源，按需分配，快速provision和管理的信息系统。它属于大数据产业的新兴技术，它是一种计算服务的虚拟化，让云服务的提供商可以实现一套资源供多种消费者使用，例如，云存储服务和云计算服务。

Q：云计算的优势有哪些？

A：云计算的优势主要有：

  1. 技术创新：云计算是高度虚拟化的一种形式，可以提供技术创新的虚拟化服务。例如，可以提供高度可扩展、可伸缩、可靠的分布式数据库服务，支持海量数据快速存取和分析；
  2. 节约成本：云计算可以提供一些低价位的基础设施服务，可以降低大量设备投资，节省大量成本；
  3. 提升竞争力：云计算能够提供独特的价值，为企业提供快速变化和规模经济的机会。

Q：什么是微服务架构？

A：微服务架构（Microservices Architecture）是一种服务化架构风格，它将单个应用程序作为一个小而自治的服务来开发，服务之间采用轻量级的通信机制互相沟通，每个服务运行在自己的进程中，拥有自己独立的数据存储能力和处理能力。这种架构模式吸收了云计算、大数据时代的软件开发模式，具有很强的可伸缩性和可靠性。

Q：分布式计算框架有哪些？

A：分布式计算框架是指基于分布式系统环境提供的统一编程模型和API，使得程序员可以使用方便灵活的编程语言编写分布式应用程序。包括但不限于Hadoop、Spark、Storm等开源分布式计算框架。

Q：什么是NoSQL数据库？

A：NoSQL（Not only SQL）是非关系型数据库的统称，是一种支持按需扩展的数据库类型。目前最流行的NoSQL数据库包括MongoDB、Redis、Cassandra等。NoSQL数据库擅长横向扩展，可自动扩容，因此非常适合高并发场景下的海量数据存储和分析。

Q：什么是Nginx？

A：Nginx是一款开源的高性能Web服务器和反向代理服务器。其主要用于静态内容的处理，也可以作为负载均衡服务器，提供动态内容服务。

Q：什么是Linux？

A：Linux操作系统是一个免费、开源的类Unix操作系统，基于POSIX和UNIX标准。它内置了各种常用工具，可以用来管理系统资源、网络，以及运行其他应用程序。Linux常用的发行版本有CentOS、Ubuntu、Debian等。

Q：什么是云计算平台？

A：云计算平台是托管在公共云平台或私有云平台上的IT基础设施，可以提供虚拟化、自动化、自动扩容、安全防护、高可用、按需付费等功能。主要的云计算平台有Amazon Web Service、Google Cloud Platform、Microsoft Azure等。

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