Ako distribuovať pracovné zaťaženie servera pomocou vyrovnávača zaťaženia

Využitie vyrovnávania zaťaženia umožňuje rovnomerné rozloženie prístupu k serveru medzi rôzne hardvérové zdroje prostredníctvom technickej inštancie nazývanej vyrovnávač zaťaženia. Tým sa zabezpečuje stabilná rýchlosť prístupu, čo je kľúčové pre generovanie potenciálnych zákazníkov a zákazníkov.

Čo je vyrovnávanie zaťaženia?

Vyrovnávanie zaťaženia je obzvlášť populárne v serverovej technológii a opisuje metódu, pri ktorej sa požiadavky distribuujú medzi rôzne servery na pozadí bez toho, aby si to používatelia všimli. Vyrovnávač zaťaženia používaný na tento účel môže byť implementovaný ako hardvér alebo softvér. Priraďuje niekoľko serverov k doméne bez spôsobenia konfliktov adries a je prístupný pod verejnou doménou.

Podriadené webové servery sú pomenované s pridaním domén www1, www2, www3 atď. To umožňuje vyvažovanie zaťaženia, aby bola webová stránka dostupná pod rovnakou adresou URL, aj keď za ňou stojí viacero serverov. Tým sa zabráni preťaženiu servera, pretože externé požiadavky sú distribuované medzi rôzne fyzické stroje v rámci klastra. Používatelia si to zvyčajne nevšimnú, pretože distribúcia požiadaviek prebieha na základe zložitých algoritmov v pozadí.

Vyrovnávanie zaťaženia môže hrať úlohu aj mimo webových serverov, napríklad v počítačoch, ktoré pracujú s viacerými procesormi. V takýchto prípadoch vyrovnávač zaťaženia zabezpečuje, aby boli požiadavky rovnomerne rozložené medzi rôzne procesory, čím sa dosiahne vyšší výpočtový výkon. Vyrovnávače zaťaženia sú žiadané aj pri používaní kontajnerového softvéru, ako je Kubernetes. Tu zabezpečujú, aby boli pracovné zaťaženia efektívne rozložené medzi rôzne pody.

Ako funguje vyrovnávanie zaťaženia?

Požiadavky na webový server, napr. vo forme zobrazení stránok, sa najskôr spracujú na vyrovnávači zaťaženia. Ten potom preberá distribúciu zaťaženia tým, že presmeruje pokusy o prístup na rôzne servery. Vyrovnávač zaťaženia môže byť implementovaný ako hardvér alebo softvér, ale princíp zostáva rovnaký: požiadavka dorazí na vyrovnávač zaťaženia a v závislosti od použitej metódy zariadenie alebo softvér presmeruje údaje na príslušný server.

Technickým základom je postup DNS: Používatelia pristupujú na webovú stránku iba prostredníctvom URL. Tá sa pomocou DNS premení na IP adresu, ktorá potom smeruje na vyrovnávač zaťaženia. V ideálnom prípade tento proces používatelia nevnímajú.

Aké sú výhody vyváženého vyrovnávania zaťaženia?

Tri hlavné výhody dobre nasadeného vyrovnávača zaťaženia sú nasledovné:

• Optimalizované časy prístupu: Rozloženie prevádzky na viaceré servery môže viesť k skráteniu času prístupu, aj keď je súčasne veľa požiadaviek.
• Vyššia odolnosť voči poruchám: Vyvažovač zaťaženia zvyšuje odolnosť voči poruchám, pretože prevádzka z pomalého servera sa automaticky presmeruje na iné servery v klastri. Ak je server nedostupný, hostovaná webová stránka zostáva prístupná.
• Zjednodušená údržba systému: Vyvažovanie zaťaženia výrazne podporuje údržbu serverového systému. Konfigurácie a aktualizácie je možné vykonávať počas prevádzky serverov bez znateľnej straty výkonu. Vyvažovač zaťaženia detekuje stavy údržby a podľa toho presmeruje požiadavky.

Aké sú rôzne typy vyrovnávania zaťaženia?

Spôsob distribúcie prichádzajúcich požiadaviek závisí od výberu algoritmu. Populárne algoritmy pre vyrovnávanie zaťaženia sú: Round Robin, Weighted Round Robin, Least Connections a Weighted Least Connections.

Kruhový turnaj

Round Robin popisuje postup, pri ktorom prichádzajúce požiadavky servera spracováva vyrovnávač zaťaženia v poradí a distribuuje ich medzi rad serverov. Každá nová požiadavka je priradená k ďalšiemu serveru v poradí. Výsledkom je rovnomerné rozloženie požiadaviek na prístup medzi klastrom vyrovnávania zaťaženia. Bez ohľadu na naliehavosť požiadavky alebo závažnosť zaťaženia servera, Round Robin spracováva všetky procesy rovnako. Vyvažovače zaťaženia, ktoré fungujú na princípe round-robin, sú vhodné najmä pre prostredia, kde majú všetky inštancie k dispozícii približne rovnaké zdroje.

Vážený Round Robin

Slabé stránky klasického algoritmu round-robin v heterogénnych serverových klastroch je možné vyvážiť pomocou váženého rozdelenia round-robin. Prichádzajúce požiadavky sa rozdeľujú s ohľadom na statické váženie každého servera. Toto váženie je vopred definované správcom.

Najvýkonnejšiemu serveru môže byť napríklad priradená hodnota „100“, zatiaľ čo menej výkonným serverom je priradená hodnota „50“. V takomto nastavení by server s váhou „100“ dostal od vyrovnávača zaťaženia dve požiadavky za kolo, zatiaľ čo server s váhou „50“ by dostal len jednu požiadavku. Vážený Round Robin by sa mal používať predovšetkým pri vyrovnávaní zaťaženia, keď servery v klastri majú k dispozícii rôzne zdroje.

Najmenej pripojení

Oba algoritmy round-robin nezohľadňujú počas sériového rozdeľovania požiadaviek servera vyrovnávačom zaťaženia, koľko pripojení musia podriadené servery udržiavať počas určitého obdobia. To môže viesť k nahromadeniu viacerých pripojení na jednom serveri v klastri. To vedie k preťaženiu servera, aj keď spracováva menej pripojení ako ostatné. Algoritmus s najmenším počtom pripojení chráni pred týmto javom. Distribuuje požiadavky na základe existujúcich pripojení každého servera– ten, ktorý má najmenej aktívnych pripojení, dostane ďalšiu požiadavku od vyrovnávača zaťaženia. Táto metóda vyrovnávania zaťaženia sa odporúča pre homogénne serverové klastre, kde všetky počítače majú k dispozícii porovnateľné zdroje.

Vážený najmenší počet pripojení

Ak má serverový klaster rôzne kapacity, namiesto algoritmu s najmenším počtom pripojení by sa malo použiť vyrovnávanie zaťaženia na základe váženého rozdelenia existujúcich pripojení. To zohľadňuje počet aktívnych pripojení, ktoré má server, aj váhu definovanú správcom. Tým sa zabezpečí vyvážené rozdelenie zaťaženia v rámci serverového klastra. Nové požiadavky sú automaticky prideľované vyrovnávačom zaťaženia tým serverom, ktorých pomer aktívnych pripojení k ich príslušnej váhe servera naznačuje najmenšie aktuálne zaťaženie.

Aké problémy môžu nastať pri používaní vyrovnávania zaťaženia?

Najmä v sektore elektronického obchodu sa vyrovnávanie zaťaženia často stretáva s výzvami. Tu je príklad: Návštevníci webových stránok pridávajú do nákupného košíka položky, ktoré si želajú zakúpiť. Tieto položky zostávajú uložené počas trvania relácie, bez ohľadu na to, na ktorú stránku používatelia prejdú v rámci online trhoviska. Typický vyrovnávač zaťaženia by distribuoval požiadavky medzi rôzne servery. To znamená, že obsah košíka by sa stratil.

Na vyriešenie tohto problému sú možné dva prístupy. Po prvé, vyrovnávač zaťaženia môže reagovať na IP adresu používateľov. Potom sa napríklad požiadavky z tej istej IP adresy vždy smerujú na ten istý server. Ďalšou metódou by bolo prečítanie ID relácie zo samotnej požiadavky, aby sa určilo, na ktorý server sa má požiadavka odoslať.

Prečo sú vyrovnávače zaťaženia tak dôležité?

Ak zarábate peniaze cez internet, vaše podnikanie si nemôže dovoliť výpadok servera. A ak používate len jeden server a ten sa preťažením zrúti, vaša webová stránka už nebude prístupná potenciálnym zákazníkom. To vedie k viacerým problémom: Po prvé, počas preťaženia nemôžete generovať príjmy. Nie je možné rezervovať služby ani uskutočňovať nákupy. Okrem toho klesá dôvera (potenciálnych) zákazníkov. Dvojnásobne zlé je to pre používateľov, ktorí zažijú preťaženie servera počas procesu objednávania. Často panuje veľká neistota a postihnuté osoby nevedia, či objednávka skutočne dorazila a bola zaznamenaná v systéme.

Aj keď svoje služby neposkytujete priamo cez internet, vaša webová stránka by mala byť dostupná kedykoľvek. Webová stránka je jedným z hlavných kanálov pre prístup k informáciám. Ak potenciálni zákazníci hľadajú informácie o vašej spoločnosti online a nemôžu sa dostať na vašu stránku, je pravdepodobnejšie, že sa obrátia na vašu konkurenciu. Takéto riziká môžete minimalizovať pomocou vyrovnávača zaťaženia.

Ako implementovať vyvažovanie zaťaženia vo vašej firme

Vyrovnávanie zaťaženia je možné implementovať pomocou hardvérových aj softvérových riešení na virtuálnom serveri. Profesionálne kompletné balíky ponúkajú mnohí poskytovatelia buď ako Infrastructure-as-a-Service (IaaS), alebo ako sieťovú komponentu pre vašu vlastnú IT infraštruktúru.

Keďže nákup proprietárnych vyrovnávačov zaťaženia je zvyčajne spojený s vysokými nákladmi, menšie spoločnosti sa často obracajú na open-source riešenia, ako je NGINX. Ponúka nákladovo efektívny spôsob, ako zabezpečiť vysokú dostupnosť webovej stránky vašej spoločnosti alebo iných webových projektov prostredníctvom efektívneho rozloženia zaťaženia v rámci serverovej siete. V sektore webhostingu sa vyrovnávanie zaťaženia často ponúka aj ako doplnková funkcia pre cloudové servery.