Linux云计算 |【第三阶段】PROJECT1-DAY2

主要内容：

网站架构演变、LNP+Mariadb数据库分离、Web服务器集群（部署Nginx后端web服务器、部署NFS共享存储服务器、部署Haproxy代理服务器、部署DNS域名解析服务器）

一、网站架构演变：

随着网站访问量和业务复杂度的增加，网站架构需要不断演变以应对更高的性能、可用性和扩展性需求。以下是常见的网站架构演变过程：

1、单机版LNMP

架构描述：一台WEB服务器部署单机版LNMP

1. Linux 操作系统
2. Nginx Web 服务器
3. MySQL 或 MariaDB 数据库
4. PHP 应用服务器

特点：

• 简单易用，适合小型网站或初创项目。
• 所有服务（Web、数据库、应用）运行在同一台服务器上。
• 性能和扩展性有限，无法应对高并发和大数据量。

问题：

• 单点故障，服务器宕机会导致整个网站不可用。
• 性能瓶颈，无法应对高并发请求。

2、独立数据库服务器（LNMP+Mariadb）

架构描述：

1. Linux 操作系统
2. Nginx Web 服务器
3. MySQL 或 MariaDB 数据库
4. PHP 应用服务器

特点：

• 将数据库服务从 Web 服务器中分离出来，提高数据库性能和安全性。
• 数据库服务器可以独立扩展，增加存储和计算资源。

问题：

• Web 服务器仍然是单点故障。
• 数据库服务器可能成为性能瓶颈。

该架构将网站静态文件、代码文件等资料与数据库分离LNMP架构，当访问用户量增加时单机的处理能力及资源有限，PHP或JAVA代码的解析和执行需要消耗大量CPU资源，数据库的增删改查需要调用大量的内存资源，将两者分离可以减轻服务器的压力；Web服务器和数据库服务器的压力得到有效改善的同时，但依然存在单点故障问题；

3、Web服务器集群（代理）与Session保持

架构描述：

1. Linux 操作系统
2. Nginx 或 Apache 作为反向代理服务器
3. MySQL 或 MariaDB 数据库
4. PHP 应用服务器集群

特点：

• 使用反向代理服务器（如 Nginx 或 HAProxy）将请求分发到多个 Web 服务器。
• 通过负载均衡提高网站的并发处理能力。
• 使用 Session 保持机制（如 Redis、Memcached）确保用户会话在集群中的连续性。

问题：

• 数据库服务器仍然是单点故障。
• 需要解决 Session 同步和一致性问题。

通过Nginx、Haproxy代理服务器实现Web负载均衡集群，也可使用LVS调度器实现Web负载均衡集群。部署完Web集群后还需要考虑如何进行Session会话保持，方法很多，如：根据源IP保持，代理服务器重写Cookie信息，共享文件系统保存session，使用数据库共享session等等；

但是如果只有一台调度器依然会导致单点故障的问题，因此还需要使用Keepalived或Heartbeat之类的软件进行高可用配置；

对于网站内容而言可以分离为动态页面和静态页面，静态页面就需要数据文件，动态页面则需要CPU解析代码，需要消耗大量的CPU资源，因此可以将静态和动态分离为两组服务器，动态页面有脚本代码组成，是一种基于网页的应用程序，因此这一组服务器也称为应用服务器；

4、动静分离、数据库集群

 架构描述：

1. Linux 操作系统
2. Nginx 或 Apache 作为反向代理服务器
3. MySQL 或 MariaDB 数据库集群
4. PHP 应用服务器集群
5. 静态资源服务器（如 CDN、Nginx）

特点：

• 使用数据库集群（如主从复制、主主复制、分片）提高数据库的可用性和性能。
• 通过读写分离、分片等技术，分散数据库的负载。
• 提高数据库的扩展性和容错能力。

问题：

• 数据库集群的配置和管理复杂。
• 需要解决数据一致性和同步问题。

随着服务器的增加，虽然性能与并发量得到了明显的提升，但是数据的一致性、管理的便利性成为了新的问题，因此就需要增加统一的存储服务器，实现数据的同步一致，可以使用NFS，GlusterFS、Ceph等软件实现该功能；此时所有应用服务器都连接一台数据库服务器进行读写操作，而且后期随着数据库中的数据不断增加，会导致数据库成为整个网站的瓶颈！这就需要我们对数据进行分库分表，创建数据库主从或者数据库集群，实现读写分离；

5、缓存服务器与业务模型

对于静态数据我们可以通过varnish、squid或者nginx进行缓存，将数据缓存到距离用户更近的位置，构建CDN（内容分发网络）架构；对于传统的SQL数据库而言，我们也可以通过增加NoSQL数据库，实现数据缓存的功能，提升数据库的访问速度；

架构描述：

1. Linux 操作系统
2. Nginx 或 Apache 作为反向代理服务器
3. MySQL 或 MariaDB 数据库集群
4. PHP 应用服务器集群
5. 静态资源服务器（如 CDN、Nginx）
6. 缓存服务器（如 Redis、Memcached）

特点：

• 使用缓存服务器（如 Redis、Memcached）缓存频繁访问的数据和计算结果。
• 通过缓存减少数据库的访问压力，提高网站的响应速度。
• 根据业务模型设计缓存策略，如缓存预热、缓存失效、缓存更新等。

问题：

• 缓存服务器的配置和管理复杂。
• 需要解决缓存一致性和失效问题。

二、网站架构进阶项目案例

案例1：LNP+Mariadb数据库分离

部署LNP+Mariadb实现数据库与Web服务器分离，实现以下目标：

• 1）将旧的数据库备份，迁移到新的服务器（延续DAY1案例）
• 2）修改配置调用新的数据库服务器

实验拓扑图：

主机配置表：

步骤1：部署数据库服务器（database主机操作）

1）准备一台独立的服务器，安装数据库软件包

[root@database ~]# yum -y install mariadb mariadb-server mariadb-devel
[root@database ~]# systemctl start mariadb
[root@database ~]# systemctl enable mariadb
[root@database ~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@database ~]# setenforce  0
[root@database ~]# sed -i  '/SELINUX/s/enforcing/permissive/'  /etc/selinux/config

2）将web1单机版的LNMP网站中的数据库迁移到新的数据库服务器

登陆192.168.2.11主机，备份数据库并拷贝给新的服务器，关闭旧的数据库服务：

[root@web1 ~]# mysqldump wordpress > wordpress.bak    //备份数据库到文件（备份的文件名和扩展名任意）
[root@web1 ~]# scp wordpress.bak 192.168.2.21:/root/   //拷贝备份文件到远程主机
[root@web1 ~]# systemctl stop mariadb
[root@web1 ~]# systemctl disable mariadb

登陆192.168.2.21主机，创建空数据库，使用备份文件还原数据库：

[root@database ~]# mysql
MariaDB [(none)]> create database wordpress character set utf8mb4;   //创建数据库wordpress，该数据库支持中文
MariaDB [(none)]> exit

使用备份文件还原数据：

[root@database ~]# mysql wordpress < wordpress.bak    //使用备份文件导入数据到wordpress数据库

重新创建账户并授权访问：

[root@database ~]# mysql
MariaDB [(none)]> grant all on wordpress.* to wordpress@'%' identified by 'wordpress';
MariaDB [(none)]> flush privileges;     //刷新权限
MariaDB [(none)]> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql              |
| performance_schema |
| test               |
| wordpress          |
+--------------------+
5 rows in set (0.00 sec)
MariaDB [(none)]> exit

解释说明：

# 格式：grant权限 on数据库名.表名 to用户名@客户端主机 identified by密码

# 创建用户并授权，用户名为wordpress，该用户对wordpress数据库下的所有表有所有权限

# wordpress用户的密码是wordpress，授权该用户可以从localhost主机登录数据库服务器

# all代表所有权限（wordpress用户可以对wordpress数据库中所有表有所有权限）

# wordpress.*代表wordpress数据库中的所有表

# 在MySQL和MariaDB中%代表所有，这里是授权任何主机都可以连接数据库。

3）修改wordpress网站配置文件，调用新的数据库服务器

Wordpress在第一次初始化操作时会自动生产配置文件wp-config.php，登陆192.168.2.11修改该文件即可调用新的数据库服务。

[root@web1 ~]# vim /usr/local/nginx/html/wp-config.php
# 修改前内容如下：
define('DB_HOST', '192.168.2.11');   //将原指定2.11本机配置修改为DB主机2.21
# 修改后内容如下：
define('DB_HOST', '192.168.2.21');
...

步骤2：客户端（真机）验证测试

1）客户端使用浏览器访问wordpress网站：http://192.168.2.11 

案例2：Web服务器集群

使用HAProxy部署Web服务器集群，实现以下目标：

• 1）部署三台Web服务器（包含DAY1的web1，部署相同web2、web3）
• 2）迁移网站数据，使用NFS实现数据共享
• 3）部署HAProxy代理服务器实现负载均衡
• 4）部署DNS域名解析服务器

实验拓扑图：

主机配置表：

步骤1：部署LNP架构

1）安装LNP软件包（web2、web3操作）

[root@web2 ~]# yum -y install gcc pcre-devel openssl-devel
[root@web2 lnmp_soft]# tar -xf nginx-1.12.2.tar.gz
[root@web2 lnmp_soft]# cd nginx-1.12.2/
[root@web2 nginx-1.12.2]# ./configure --user=nginx --prefix=/usr/local/nginx --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module
[root@web2 nginx-1.12.2]# make && make install
[root@web2 ~]# yum -y install php php-fpm php-mysql mariadb-devel
 
[root@web3 ~]# yum -y install gcc pcre-devel openssl-devel
[root@web3 lnmp_soft]# tar -xf nginx-1.12.2.tar.gz
[root@web3 lnmp_soft]# cd nginx-1.12.2/
[root@web3 nginx-1.12.2]# ./configure --user=nginx --prefix=/usr/local/nginx --with-http_ssl_module --with-http_stub_status_module
[root@web3 nginx-1.12.2]# make && make install
[root@web3 ~]# yum -y install php php-fpm php-mysql mariadb-devel

案例1延续，Mariadb数据库服务已分离到另一台数据库服务器上，无需再安装数据库服务；

2）修改nginx配置实现动静分离（web2、web3操作）

web2修改默认首页index.php，配置两个location实现动静分离

[root@web2 ~]# vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
location / {
            root   html;
            index  index.php index.html index.htm;
        }
location ~ \.php$ {
            root            html;
            fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
            fastcgi_index  index.php;
            include         fastcgi.conf;
        }

web3修改默认首页index.php，配置两个location实现动静分离。

[root@web3 ~]# vim /usr/local/nginx/conf/nginx.conf
location / {
            root   html;
            index  index.php index.html index.htm;
        }
location ~ \.php$ {
            root            html;
            fastcgi_pass   127.0.0.1:9000;
            fastcgi_index  index.php;
            include         fastcgi.conf;
        }

3）启动LNP所有相关服务、设置防火墙和SELinux

[root@web2 ~]# echo "/usr/local/nginx/sbin/nginx" >> /etc/rc.local
[root@web2 ~]# chmod +x /etc/rc.local
[root@web2 ~]# /usr/local/nginx/sbin/nginx
[root@web2 ~]# systemctl start php-fpm
[root@web2 ~]# systemctl enable php-fpm
[root@web2 ~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@web2 ~]# setenforce  0
[root@web2 ~]# sed -i  '/SELINUX/s/enforcing/permissive/'  /etc/selinux/config

[root@web3 ~]# echo "/usr/local/nginx/sbin/nginx" >> /etc/rc.local
[root@web3 ~]# chmod +x /etc/rc.local
[root@web3 ~]# /usr/local/nginx/sbin/nginx
[root@web3 ~]# systemctl start php-fpm
[root@web3 ~]# systemctl enable php-fpm
[root@web3 ~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@web3 ~]# setenforce  0
[root@web3 ~]# sed -i  '/SELINUX/s/enforcing/permissive/'  /etc/selinux/config

扩展知识：Service文件存储路径为/usr/lib/systemd/system/目录

[root@web1 ~]# cp /usr/lib/systemd/system/httpd.service /usr/lib/systemd/system/nginx.service
[root@web1 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/nginx.service
[Unit]
Description=The Nginx HTTP Server    //描述信息
After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target   //指定启动nginx之前需要其他的其他服务，如network.target等
 
[Service]
Type=forking
ExecStart=/usr/local/nginx/sbin/nginx
ExecReload=/usr/local/nginx/sbin/nginx -s reload
ExecStop=/bin/kill -s QUIT ${MAINPID}
 
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[root@web1 ~]# systemctl start nginx
[root@web1 ~]# ss -nlptu | grep :80

步骤2：部署NFS，将Wordpress网站数据迁移至NFS共享服务器

1）部署NFS共享服务器

[root@nfs ~]# yum install nfs-utils rpcbind
[root@nfs ~]# mkdir /web_share    //创建NFS共享目录
[root@nfs ~]# vim /etc/exports
/web_share  192.168.2.0/24(rw,no_root_squash)
[root@nfs ~]# systemctl restart rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl enable rpcbind
[root@nfs ~]# systemctl restart nfs
[root@nfs ~]# systemctl enable nfs
[root@nfs ~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@nfs ~]# setenforce 0
[root@nfs ~]# sed -i '/SELINUX/s/enforcing/permissive/' /etc/selinux/config

补充：NFS使用的是随机端口，启动NFS都需要将自己的随机端口注册到rpcbind服务，当客户端访问NFS时，先到rpcbind查询端口信息，得到端口信息后再访问NFS服务

补充：/etc/exports配置文件的no_root_squash（squash压缩压扁的意思）

• no_root_squash：登入NFS的主机使用共享目录的使用者如果是root时，那么对于这个目录来说，该主机就具有root的权限；
• root_squash：登入NFS主机使用共享目录的使用者如果是root时，那么使用者的权限将被压缩成为NFS系统账号：nfs匿名身份（UID与GID都会变成nfsnobody）

[root@nfs ~]# id nfsnobody
uid=65534(nfsnobody) gid=65534(nfsnobody) 组=65534(nfsnobody)

2）迁移旧的网站数据到NFS共享服务器

将web1（192.168.2.11）上的wordpress代码拷贝到NFS共享

[root@web1 ~]# cd /usr/local/nginx/html/
[root@web1 html]# tar -czpf html.tar.gz ./*    // [-p]代表打包时保留文件的权限
[root@web1 html]# scp html.tar.gz 192.168.2.31:/web_share/
[root@web1 html]# rm -rf /usr/local/nginx/html/*     //清空本机的网页目录

登录nfs（192.168.2.31），将压缩包解压

[root@nfs ~]# cd /web_share/
[root@nfs web_share]# ls
html.tar.gz
[root@nfs web_share]# tar -xf html.tar.gz
[root@nfs web_share]# ls
html.tar.gz  wp-activate.php       wp-config.php         wp-includes        wp-mail.php       xmlrpc.php
index.php    wp-admin              wp-config-sample.php  wp-links-opml.php  wp-settings.php
license.txt  wp-blog-header.php    wp-content            wp-load.php        wp-signup.php
readme.html  wp-comments-post.php  wp-cron.php           wp-login.php       wp-trackback.php

3）所有web服务器访问挂载NFS共享数据（web1、web2、web3）

[root@web1 ~]# yum -y install nfs-utils
[root@web1 ~]# showmount -e 192.168.2.31
Export list for 192.168.2.31:
/web_share 192.168.2.0/24
[root@web1 ~]# echo "192.168.2.31:/web_share /usr/local/nginx/html/ nfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
[root@web1 ~]# mount -a
[root@web1 ~]# ls /usr/local/nginx/html
html.tar.gz  wp-activate.php       wp-config.php         wp-includes        wp-mail.php       xmlrpc.php
index.php    wp-admin              wp-config-sample.php  wp-links-opml.php  wp-settings.php
license.txt  wp-blog-header.php    wp-content            wp-load.php        wp-signup.php
readme.html  wp-comments-post.php  wp-cron.php           wp-login.php       wp-trackback.php
 
[root@web2 ~]# yum -y install nfs-utils
[root@web2 ~]# echo "192.168.2.31:/web_share/html /usr/local/nginx/html/ nfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
[root@web2 ~]# mount -a

[root@web3 ~]# yum -y install nfs-utils
[root@web3 ~]# echo "192.168.2.31:/web_share/html /usr/local/nginx/html/ nfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
[root@web3 ~]# mount -a

4）使用浏览器测试访问每个web服务器，查看是否有相同的网页数据结果；

解释：当前所有的WEB服务器已部署LNP架构，每台WEB服务器能提供动静态的页面解析；然后分离出的database服务器部署Mariadb服务，并备份及恢复原web1数据库的数据，并提供了wordpress网站访问数据库的用户和所有权限；其次将网站的数据存放在NFS服务器的共享目录中，并把每台WEB服务器挂载了共享目录，实现网页数据访问；

步骤3：部署HAProxy代理服务器

1）部署HAProxy（80端口）

[root@proxy ~]# yum -y install haproxy
[root@proxy ~]# vim /etc/haproxy/haproxy.cfg
listen wordpress *:80    //监听80端口
  balance roundrobin     //轮询算法
  server web1 192.168.2.11:80 check inter 2000 rise 2 fall 3
  server web2 192.168.2.12:80 check inter 2000 rise 2 fall 3
  server web3 192.168.2.13:80 check inter 2000 rise 2 fall 3
[root@proxy ~]# systemctl start haproxy
[root@proxy ~]# systemctl enable haproxy
[root@proxy ~]# ss -nlptu | grep :80
tcp    LISTEN     0      128       *:80                    *:*                   users:(("haproxy",pid=981,fd=7))
[root@proxy ~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@proxy ~]# setenforce  0
[root@proxy ~]# sed -i  '/SELINUX/s/enforcing/permissive/'  /etc/selinux/config

2）使用浏览器测试访问proxy代理服务器，查看网页数据结果；

步骤4：部署DNS域名服务器

1）安装DNS相关软件

[root@dns ~]# yum -y install bind bind-chroot

2）修改主配置文件，添加zone

[root@dns ~]# vim /etc/named.conf
options {
        listen-on port 53 { any; };          //服务监听的地址与端口
        directory       "/var/named";      //数据文件路径
        allow-query     { any; };          //允许任何主机访问DNS服务
... ...
};
zone "lab.com" IN {                        //定义正向区域
        type master;
        file "lab.com.zone";
};
#include "/etc/named.rfc1912.zones";      //注释掉改行
#include "/etc/named.root.key";            //注释掉改行
[root@dns ~]# named-checkconf /etc/named.conf       //检查配置文件语法

3）修改正向解析记录文件

[root@dns ~]# cp -p /var/named/named.localhost /var/named/lab.com.zone
[root@dns ~]# vim /var/named/lab.com.zone
$TTL 1D
@       IN SOA  @ rname.invalid. (
                                        0       ; serial
                                        1D      ; refresh
                                        1H      ; retry
                                        1W      ; expire
                                        3H )    ; minimum
@        NS     dns.lab.com.
dns     A       192.168.2.10
www     A       192.168.2.10

4）启动DNS服务

[root@dns ~]# systemctl start named
[root@dns ~]# systemctl enable named
[root@dns~]# firewall-cmd --set-default-zone=trusted
[root@dns ~]# setenforce  0
[root@dns ~]# sed -i  '/SELINUX/s/enforcing/permissive/'  /etc/selinux/config

5）修改DNS解析文件

[root@dns ~]# vim /etc/resolv.conf
nameserver 192.168.2.10

— 验证：

[root@dns ~]# nslookup www.lab.com
Server: 192.168.2.10
Address: 192.168.2.10#53
 
Name: www.lab.com
Address: 192.168.2.10

备注：

• 如果不做DNS，也可直接修改hosts解析文件；
• 如果是Linux客户端，则修改/etc/hosts文件；
• 如何客户端是Windows则需要在图形中配置网卡的DNS服务器；

步骤5：修改wordpress配置文件

1）修改wp-config.php

在define('DB_NAME', 'wordpress')这行前面添加如下两行内容：

[root@nfs ~]# vim /usr/local/nginx/html/wp-config.php
define('WP_SITEURL', 'http://www.lab.com');
define('WP_HOME', 'http://www.lab.com');
...

补充：如果不添加这两行配置，浏览器访问网站某个子页面后，URL会固定到某一台后端服务器不轮询。

警告：添加的这两行必须与前面的域名解析一致！！！！

小结：

本篇章节为【第三阶段】PROJECT1-DAY2 的学习笔记，这篇笔记可以初步了解到 网站架构演变、LNP+Mariadb数据库分离、Web服务器集群（部署Nginx后端web服务器、部署NFS共享存储服务器、部署Haproxy代理服务器、部署DNS域名解析服务器）

Tip：毕竟两个人的智慧大于一个人的智慧，如果你不理解本章节的内容或需要相关笔记、视频，可私信小安，请不要害羞和回避，可以向他人请教，花点时间直到你真正的理解