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  3. 请详细阅读有关Web应用架构设计方面的说明，在答题纸上回答问题1至问题3。 【说明】 某软件公司开发运维了一个社交网站系统，该系统基于开源软件平台LAMP(Lintlx+Apache+MySQL+PHP)构建，运行一段时间以来，随着用户数量及访问

请详细阅读有关Web应用架构设计方面的说明，在答题纸上回答问题1至问题3。 【说明】 某软件公司开发运维了一个社交网站系统，该系统基于开源软件平台LAMP(Lintlx+Apache+MySQL+PHP)构建，运行一段时间以来，随着用户数量及访问

admin2016-05-11  60
问题 请详细阅读有关Web应用架构设计方面的说明，在答题纸上回答问题1至问题3。
【说明】
    某软件公司开发运维了一个社交网站系统，该系统基于开源软件平台LAMP(Lintlx+Apache+MySQL+PHP)构建，运行一段时间以来，随着用户数量及访问量的增加，系统在Web服务器负载、磁盘I／O等方面出现了明显瓶颈，已不能满足大量客户端并发访问的要求，因此公司成立了专门的项目组，拟对系统架构进行调整以提高系统并发处理能力。目前系统采用了传统的三层结构，系统架构如图5-1所示。

【问题1】
    针对目前出现的Web服务器负载过大问题，项目组决定在客户端与中间层Web服务器之间引入负载均衡器，通过中间层Web服务器集群来提高Web请求的并发处理能力。在讨论拟采用的负载均衡机制时，王工提出采用基于DNS的负载均衡机制，而李工则认为应采用基于反向代理的负载均衡机制，项目组经过讨论，最终确定采用李工提出的方案。请用200字以内的文字，分别简要说明两个机制的基本原理，并从系统执行效率、安全性及简易性等方面将两种机制进行对比，将对比结果填入表5-1中。

【问题2】
    针对并发数据库访问所带来的磁盘I／O瓶颈问题，项目组决定在数据层引入数据库扩展机制。经过调研得知系统数据库中存储的主要数据为以用户标识为索引的社交网络数据，且系统运行时发生的大部分数据库操作为查询操作。经过讨论，项目组决定引入数据库分区和MySQL主从复制两种扩展机制。数据库分区可采用水平分区和垂直分区两种方式，请用350字以内的文字说明在本系统中应采用哪种方式及其原因，并分析引入主从复制机制给系统带来的好处。
【问题3】
    为进一步提高数据库访问效率，项目组决定在中间层与数据层之间引入缓存机制。赵工开始提出可直接使用MySQL的查询缓存(query cache)机制，但项目组经过分析好友动态显示等典型业务的操作需求，同时考虑己引入的数据库扩展机制，认为查询缓存尚不能很好地提升系统的查询操作效率，项目组最终决定在中间层与数据层之间引入Memcached分布式缓存机制。
    (a)请补充下述关于引入Memcached后系统访问数据库的基本过程：系统需要读取后台数据时，先检查数据是否存在于(1)中，若存在则直接从其中读取，若不存在则从  (2)  中读取并保存在  (3)中；当  (4)  中数据发生更新时，需要将更新后的内容同步到(5)实例中。(备选答案：数据库、Memcached缓存)
    (b)请结合已知信息从缓存架构、缓存有效性及缓存数据类型等方面分析使用Memcached代替数据库查询缓存的原因。
选项
答案【问题1】 两种机制的基本原理： 基于DNS的负载均衡机制通过DNS服务器实现，通常通过循环复用具有同一域名的多个主机地址的服务器实现负载均衡。 反向代理负载均衡则是将来自Internet的连接请求以反向代理的方式动态转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。 [*] 【问题2】 (1)本系统中应主要使用水平分区机制。根据已知信息，系统数据库中存储的主要数据为以用户标识为索引的社交网络数据，采用水平分区机制可根据用户标识将用户数据进行水平分割，用户操作时先将请求分发到不同数据库分区，再进行具体数据库操作，以提高数据库访问效率。 (2)引入主从复制机制所带来的好处： ①避免数据库单点故障：主服务器实时、异步复制数据到从服务器，当主数据库宕机时，可在从数据库中选择一个升级为主服务器，从而防止数据库单点故障。 ②提高查询效率：根据系统数据库访问特点，可以使用主数据库进行数据的插入、删除及更新等写操作，而从数据库则专门用来进行数据查询操作，从而将查询操作分担到不同的从服务器以提高数据库访问效率。 【问题3】 (a) (1)Memcached缓存 (2)数据库 (3)Memcached缓存 (4)数据库 (5)Memcached缓存 (b)使用Memcached代替数据库查询缓存的原因： (1)缓存架构：数据库查询缓存通常每个数据库只有一个实例，因此存储内容受数据库服务器可用内存限制，可缓存数据有限。而Memcached可采用高速分布式缓存服务器结构，不受数据库服务器约束，可扩展性更好。 (2)缓存有效性：数据库查询缓存只要在发生写操作时就会失效，即使更新的是数据库中的其他行。而Memcached可通过键值将数据进行散列缓存，有效降低缓存的更新频率，从而提高缓存的有效性。 (3)缓存数据类型：数据库查询缓存只能缓存数据库行，对社交网站好友动态显示等典型业务所需要的组合数据缓存缺乏有效支持，而Memcached理论上可缓存任何内容。因此可以将分散在数据库中的关系或者列表组合后进行缓存，以提高缓存数据的针对性和效率。
解析 本题考查大型Web应用访问效率优化相关技术手段。
【问题1】
    本问题考查典型负载机制相关知识。
    负载均衡机制是大型Web应用解决高负荷访问和大量并发请求时常用的有效解决方法，典型的负载均衡机制包括基于DNS的负载均衡、基于反向代理的负载均衡等。
    基于DNS的负载均衡机制通过DNS服务器实现，通常通过循环复用具有同一域名的多个主机地址的服务器实现负载均衡，可以看出，该机制具有实现简单、容易实施及低成本的特性。反向代理负载均衡则是将来自Internet的连接请求以反向代理的方式动态转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。
    从系统执行效率方面讲，基于DNS的负载均衡机制实现简单，但其通常不能区分服务器的差异，也不能反映服务器的当前运行状态。基于反向代理的则可以根据内部服务器的性能差异及实时负载情况进行动态负载均衡，当系统多个Web服务器性能存在明显差异或内部Web服务器出现故障时，负载均衡器可以更快做出响应，从而保证客户端的访问效率。采用基于反向代理的负载均衡机制，可在代理服务器中引入调速缓存机制，对Web服务器返回的静态页面或图片等静态资源进行缓存，由代理服务器承担对原始服务器的静态资源访问请求，从而进一步降低原始Web服务器的负载。
    从安全性方面讲，采用基于反向代理的负载均衡机制，代理服务器屏蔽了客户端对真实Web服务器的直接访问，恶意用户无法对真实Web服务器进行攻击，且可以通过代理服务器为原本不安全的客户端与Web服务器之间的连接建立安全通道。因此采用基于反向代理的负载均衡机制可为系统提供更好的安全性保障。
【问题2】
    本问题考查数据库集群相关知识。
    根据已知信息，系统数据库中存储的主要数据为以用户标识为索引的社交网络数据，采用水平分区机制可根据用户标识将用户数据进行水平分割，用户操作时先将请求分发到不同数据库分区，再进行具体数据库操作，以提高数据库访问效率。因此本系统中应主要使用水平分区机制。
    在系统中引入主从复制机制，首先可以利用主从复制机制的备份功能避免系统数据库单点故障；其次已知“系统运行时发生的大部分数据库操作为查询操作"。因此可以使用主数据库进行数据的插入、删除及更新等写操作，而从数据库则专门用来进行数据查询操作，从而将查询操作分担到不同的从服务器以提高数据库访问效率。
【问题3】
    本问题考查数据缓存机制相关知识。
引入Memcached后系统访问数据库的基本过程为：系统需要读取后台数据时，先检查数据是否存在于Memcached中，若存在则直接从Memcached中读取，或不存在则从数据库中读取并保存在Memcached中；当系统数据库中数据发生更新时，需要将更新后的内容同步到Memcached缓存实例中。
    与MySQL查询缓存相比，使用Memcached机制存在以下优势：
    (1)缓存架构：数据库查询缓存通常每个数据库只有一个实例，因此存储内容受数据库服务器可用内存限制，可缓存数据有限；而Memcached可采用高速分布式缓存服务器结构，不受数据库服务器约束，可扩展性更好。
    (2)缓存有效性：数据库查询缓存只要在发生写操作时就会失效，即使更新的是数据库中的其他行；而Memeached可通过键值将数据进行散列缓存，有效降低缓存的更新频率，从而提高缓存的有效性。
    (3)缓存数据类型：数据库查询缓存只能缓存数据库行，对社交网站好友动态显示等典型业务所需要的组合数据缓存缺乏有效支持，而Memeached理论上可缓存任何内容，因此可以将分散在数据库中的关系或者列表组合后进行缓存，以提高缓存数据的针对性和效率。
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