4.5 CPU与IO均衡
在一个网站提供的所有功能中，有的功能可能需要消耗大量的服务器端IO资源，像下载，视频播放等，而有的功能则可能需要消耗大量的服务器CPU资源，像视频格式转换，LOG统计等。在一个服务器集群中，当我们发现某些机器上CPU和IO的利用率相差很大的时候，例如CPU负载很高而IO负责很低，我们可以考虑将该服务器上的某些耗CPU资源的进程换成耗IO的进程，以达到均衡的目的。均衡每一台机器的 CPU和IO消耗，不仅可以获得更充分的服务器资源利用，而且还能够支持暂时的过载，遇到突发事件，访问流量剧增的时候， 实现得体的性能下降(Graceful performance degradation)［34］，而不是立即崩溃。
4.6 读写分离
如果网站的硬盘读写性能是整个网站性能提升的一个瓶颈的话，可以考虑将硬盘的读，写功能分开，分别进行优化。在专门用来写的硬盘上，我们可以在Linux下使用软件RAID-0（磁盘冗余阵列0级）［35］。RAID-0在获得硬盘IO提升的同时，也会增加整个文件系统的故障率 ——它等于RAID中所有驱动器的故障率之和。如果需要保持或提高硬盘的容错能力，就需要实现软件RAID-1，4或5，它们能在某一个（甚至几个）磁盘驱动器故障之后仍然保持整个文件系统的正常运行［36］，但文件读写效率不如RAID-0。而专门用来读的硬盘，则不用如此麻烦，可以使用普通的服务器硬盘，以降低开销。
一般的文件系统，会综合考虑各种大小和格式的文件的读，写效率，因而对特定的文件读或写的效率不是最优。如果有必要，可以通过选择文件系统，以及修改文件系统的配置参数来达到对特定文件的读或写的效率最大化。比如说，如果文件系统中需要存储大量的小文件，则可以使用ReiserFS［37］来替代 Linux操作系统默认的ext3系统，因为ReiserFS是基于平衡树的文件系统结构，尤其对于大量文件的巨型文件系统，搜索速度要比使用局部的二分查找法的ext3快。 ReiserFS里的目录是完全动态分配的，因此不存在ext3中常见的无法回收巨型目录占用的磁盘空间的情况。ReiserFS里小文件（< 4K）可以直接存储进树，小文件读取和写入的速度更快，树内节点是按字节对齐的，多个小文件可共享同一个硬盘块，节约大量空间。ext3使用固定大小的块分配策略，也就是说，不到4K的小文件也要占据4K的空间，导致的空间浪费比较严重［38］。 但ReiserFS对很多Linux内核支持的不是很好，包括2.4.3、2.4.9 甚至相对较新的 2.4.16，如果网站想要使用它，就必须要安装与它配合的较好的2.4.18内核——一般管理员都不是很乐意使用太新的内核，因为在它上面运行的软件，都还没有经过大量的实践测试，也许有一些小的bug还没有被发现，但对于服务器来说，再小的bug也是不能接受的。ReiserFS还是一个较为年轻的，发展迅速的文件系统，它相对于ext3来说有一个很大的缺陷就是，每次ReiserFS文件系统升级的时候，必须完全重新格式化整个磁盘分区。所以在选择使用的时候，需要权衡取舍［39］。
5 应用程序层优化
5.1 网站服务器程序的选择
经统计［40］，当前互联网上有超过50%的网站主机使用Apache［41］服务器程序。 Apache是开源界的首选Web服务器，因为它的强大和可靠，而且适用于绝大部分的应用场合。但是它的强大有时候却显得笨重，配置文件复杂得让人望而生畏，高并发情况下效率不太高。而轻量级的Web服务器Lighttpd［42］却是后起之秀，基于单进程多路复用技术，其静态文件的响应能力远高于 Apache。 Lighttpd对PHP的支持也很好，还可以通过Fastcgi方式支持其他的语言，比如Python等。 虽然Lighttpd是轻量级的服务器，功能上不能跟Apache比，某些复杂应用无法胜任，但即使是大部分内容动态生成的网站，仍免不了会有一些静态元素，比如图片、JS脚本、CSS等等，可以考虑将Lighttpd放在Squid的前面，构成 Lighttpd->Squid->Apache的一条处理链，Lighttpd在最前面，专门处理静态内容的请求，把动态内容请求通过 Proxy模块转发给Squid，如果Squid中有该请求的内容且没有过期，则直接返回给Lighttpd。新请求或者过期的页面请求交由Apache 中的脚本程序来处理。经过Lighttpd和Squid的两级过滤，Apache需要处理的请求大大减少，减少了Web应用程序的压力。同时这样的构架，便于把不同的处理分散到多台计算机上进行，由Lighttpd在前面统一分发。
在这种架构下，每一级都是可以进行单独优化的，比如Lighttpd可以采用异步IO方式，Squid可以启用内存来缓存，Apache可以启用 MPM（Multi -Processing Modules，多道处理模块）等，并且每一级都可以使用多台机器来均衡负载，伸缩性好。
著名视频分享网站YouTube就是选择使用Lighttpd作为网站的前台服务器程序。
5.2 数据库选择
MySQL［43］是一个快速的、多线程、多用户和健壮的SQL数据库服务器，支持关键任务、重负载系统的使用，是最受欢迎的开源数据库管理系统，是 Linux下网站开发的首选。它由MySQL AB开发、发布和提供支持。
MySQL数据库能为网站提供：
高性能。 MySQL支持海量，快速的数据库存储和读取。还可以通过使用64位处理器来获取额外的一些性能，因为MySQL在内部里很多时候都使用64位的整数处理。
易用性。MySQL的核心是一个小而快速的数据库。它的快速连接，快速存取和安全可靠的特性使MySQL非常适合在互联网站上使用。
开放性。MySQL提供多种后台存储引擎的选择，如MyISAM， Heap， InnoDB，Berkeley Db等。缺省格式为MyISAM。 MyISAM 存储引擎与磁盘兼容的非常好［44］。
支持企业级应用。MySQL有一个用于记录数据改变的二进制日志。因为它是二进制的，这一日志能够快速地将数据的更改从一台机器复制（replication）到另一台机器上。即使服务器崩溃，这一二进制日志也能够保持完整。这一特性通常被用来搭建数据库集群，以支持更大的流量访问要求［30］（图5）。
图5 MySQL主辅库模式集群示意
MySQL也有一些它自身的缺陷，如缺乏图形界面，缺乏存储过程， 还不支持触发器，参照完整性，子查询和数据表视图等，但这些功能都在开发者的TO-DO列表当中。这就是开源的力量：你永远可以期待更好。
国外的Yahoo!，国内的新浪，搜狐等很多大型商业网站都使用MySQL 作为后台数据库。对于一般的网站系统，无论从成本还是性能上考虑，MySQL应该是最佳的选择。
5.3 服务器端脚本解析器的选择
目前最常见的服务器端脚本有三种：ASP(Active Server Pages)，JSP(Java Server Pages)，PHP (Hypertext Preprocessor)［45］［46］。
ASP全名Active Server Pages，以及它的升级ASP.NET，是微软公司出品的一个WEB服务器端的开发环境，利用它可以产生和运行动态的、交互的、高性能的WEB服务应用程序。ASP采用脚本语言VBScript（C#）作为自己的开发语言。 但因为只能运行在Windows环境下，这里我们不讨论它。
PHP是一种跨平台的服务器端的嵌入式脚本语言。它大量地借用C，Java和Perl语言的语法， 并耦合PHP自己的特性，使WEB开发者能够快速地写出动态生成页面。它支持目前绝大多数数据库。PHP也是开源的，它的发行遵从GPL开源协议，你可以从 PHP官方站点(http://www.php.net)自由下载到它的二进制安装文件及全部的源代码。如果在Linux平台上与MySQL搭配使用，PHP是最佳的选择。
JSP是Sun公司推出的新一代站点开发语言，是Java语言除Java应用程序和Java Applet之外的第三个应用。Jsp可以在Serverlet和JavaBean的支持下，完成功能强大的站点程序。 作为采用Java技术家族的一部分，以及Java 2（企业版体系结构）的一个组成部分，JSP技术拥有Java技术带来的所有优点，包括优秀的跨平台性，高度可重用的组件设计，健壮性和安全性等，能够支持高度复杂的基于Web的应用。
5.4 可配置性
在大型网站开发过程中，不管使用什么技术，网站的可配置性是必须的。在网站的后期运营过程中，肯定会有很多的需求变更。如果每一次的需求变更都会导致修改源代码，那么，这个网站的开发可以说是失败的。
首先，也是最重要的一点，功能和展示必须分开。PHP和JSP都支持模板技术，如PHP的Smarty，Phplib，JSP的JSTL（JSP Standard Tag Library）等。核心功能使用脚本语言编写，前台展示使用带特殊标签的HTML，不仅加快了开发速度，而且方便以后的维护和升级［47］。
其次，对于前台模板，一般还需要将页面的头，尾单独提取出来，页面的主体部分也按模块或者功能拆分。对CSS，JS等辅助性的代码，也建议以单独的文件形式存放。这样不仅方便管理，修改，而且还可以在用户访问的时候进行缓存，减少网络流量，减轻服务器压力。
再次，对于核心功能脚本，必须将与服务器相关的配置内容，如数据库连接配置，脚本头文件路径等，与代码分离开。尤其当网站使用集群技术，CDN加速等技术的时候，每一台服务器上的配置可能都会不一样。如果不使用配置文件，则需要同时维护几份不同的代码，很容易出错。
最后，应该尽量做到修改配置文件后能实时生效，避免修改配置文件之后需要重启服务程序的情况。
6.2 容错
对于商业性网站来说，可用性是非常重要的。7*24的访问要求网站具有很强的容错能力。错误包括网络错误，服务器错误以及应用程序错误。
2006年12月27日台湾东部外海发生里氏7.6级地震，造成途径台湾海峡的多条海底电缆中断，导致许多国外网站，像MSN， NBA， Yahoo！（英文主站）等国内无法访问，但也有例外，以Google为代表的在国内建设有分布式数据节点的很多网站却仍然可以访问。虽然说地震造成断网是不可抗原因，但如果在这种情况下网站仍然可以访问，无疑能给网站用户留下深刻的印象。这件事情给大型商业网站留下的教训是：网站需要在用户主要分布区域保持数据存在，以防止可能的网络故障。
对于服务器错误，一般采取冗余设计的方法来避免。对于存储服务器（主要是负责写入的服务器），可以使用RAID（冗余磁盘阵列）；对于数据库（主要是负责写入的主库），可以采用双主库设计［30］；对于提供服务的前台，则可以使用第四层交换的集群，由多台服务器同时提供服务，不仅分担了流量压力，同时还可以互相作为备份。
在应用层程序中，也要考虑“用户友好”的出错设计。典型例子如HTTP 404 出错页面，程序内部错误处理，错误返回提示等，尽可能的做到人性化。
7 总结及展望
7.1 总结
图6 典型高并发高流量网站的架构
