1.2 集群化時期

為了滿足日益增長的業務需求，工程師們不斷上線性能更加強悍的服務器。直到有一天，老板實在招架不住高昂的成本了。這里的成本不僅指購買機器的成本，更多的是這些機器的維護成本——由于高端機器的維護都需要受過專業培訓的人員，普通工程師難以勝任；另一方面，受摩爾定律的限制，單核CPU的發展也跑不過業務的發展。

這個時候工程師們就想起了“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”的老話（當然是開玩笑）。

1.2.1 從高端設備到普通PC

雖然IBM小型機的價格非常昂貴，但那個時代有種硬件相對來說要便宜許多，而且也擁有與小型機一樣的計算功能（注意是功能而不是能力），那就是Intel X86普通PC，即常見的“電腦”，雖然單從計算能力上來講，普通PC相比IBM小型機簡直相差萬里，但是它們的計算架構卻是一致的。例如小型機可能動輒就是128GB的內存，普通PC最多也就8GB，因此單從計算能力上，普通PC在服務領域是沒有任何使用場景的；不過隨著一種被稱為“負載均衡（Load Balance）”設備的出現（例如經典的F5Networks BIG系列，如圖1.3所示），工程師們得以匯集微小的力量于一體。

1.2.2 硬件負載均衡設備

負載均衡設備雖然五花八門，但其工作的基本原理大同小異，都是通過網關的形式將流量反向代理并轉發給下游的，下游是多個功能一致的X86服務器，以此組成一個集群。負載均衡設備往往會對外暴露一個統一的接口，讓外界用戶感覺是在向同一個主機發起請求，然而實際上，后端的服務器已經集群化了。集群化的好處是可以隨時水平擴展，因為每臺機器的功能都是一樣的，也就是說如果需要將原來的壓力縮小一半，只需要將機器的數量擴充一倍即可。

“負載均衡”設備一般還會支持健康檢測，當有新的服務器加入時，可以動態將流量分配給它們；同時在某臺服務器出現故障時，又能夠及時將其從流量下發列表中摘除，避免無效的流量轉發。

同時負載均衡設備還是服務的入口與出口門戶，即網關。利用這個優勢，它們可以對流量進行清洗與預處理工作，例如安全流量打標與防DDos攻擊等。

負載均衡使得PC能夠將微小的力量結合起來，形成一個集群，并第一次引入了水平擴展的概念，實現了動態擴縮，相對于之前笨重的單機部署，可以說是質的突破。

1.2.3 資源配置問題

之前小型機無論多么強大，運算能力都受硬件限制，而硬件的采購、部署周期又非常長，因此為了保險，早先很多公司的運維都會預留好機器資源以供業務發展不時之需。

這樣做的問題在于，會出現大量的閑置硬件資源。比如，企業預估業務在年底能夠達到80GB內存的需求量，而年初采購時業務實際只有20GB的需求，根據上面的策略，企業仍然會將80GB內存的機器買回調試好以期待其用武之地。那么，也就是說60GB的內存很多時候就真的是在空轉了。如果業務發展順利，那還好，雖然等待時間有些長，但終歸還是用上了，但是出現不及所期那就慘了，因為硬件在使用后廠商一般是不允許退貨的，也就是說不能以這60GB多余內存用不上為由，希望廠商回收。

而且，隨著業務的多樣化，特別是電商類場景，經常需要組織一些大的促銷，業務壓力往往會急劇上升，單機即便性能高，也有極限，在達到瓶頸后很難有所作為。

1.2.4 積少成多的優勢

使用集群則不一樣，可以施展化整為零的功夫。雖然一臺普通PC內存一般為8GB（實際上2010年的時候一般只有2GB左右），但工程師可以用10臺PC組合成一個服務集群，形成80GB的服務能力。這樣在年初的時候，只需采購3臺回來組成集群就夠用了，到了年底的時候，可以再采購剩下的部分或者業務將出現瓶頸的時候再采購，要知道采購部署一臺普通PC可比IBM之類的小型機輕松多了。

當初小型機甚至大型機之所以有市場，是因為那個時候的普通PC硬件及軟件技術沒有達到企業高穩定性、高容錯性的需求，也就是說普通PC可能沒用幾天就會不是這里壞就是那里有故障，IBM等優秀的公司很好地幫助企業渡過了那個難關，也確實為計算機歷史做出了貢獻。不過隨著X86及Linux開源生態的發展，普通PC變得愈加穩定，再加上HP、DELL等一系列優秀的服務器生產廠商的加入，普通PC作為服務器已經不再是什么新鮮事了（當然這里的普通PC還是不能與家用的畫等號的，一些細小的部分是針對企業應用專門優化的，例如雙CPU雙通道內存主板）。

1.2.5 集群化架構

回到之前談論的集群部署架構，通過普通PC的堆砌，工程師們成功將架構進化成了如圖1.4所示的樣子。

現在性能問題是解決了，如果業務規模再上升，就可以通過單純的堆砌機器來解決。集群思想不僅適合服務器，后端的數據庫也適用，在這樣的思想上產生了“一主一備”“一主多備”等經典的部署結構，并出現了分庫分表中間件。

1.2.6 軟件負載設備

早先時候的負載均衡設備都是基于硬件的，后來工程師們為了節省成本，編寫軟件使用普通PC開發了廉價的負載均衡設備，例如LVS（Linux Virtual Server）這樣的產品，與硬件的功能一致，只不過使用了軟件的形式來工作，這些產品的誕生標志著負載正式進入“軟負載”時代。

但漸漸地，工程師們發現，很多功能都被重復建設了，例如其中的“聊天室”與“論壇”都會涉及用戶信息功能（例如登錄、用戶基本信息采集等）；另外，由于應用分開部署，都需各自設計一套，從前端的信息錄入到后端的存儲結構。圖1.4只有4個系統，問題也許還不太明顯；但今天，一個復雜的系統包含成百上千個應用是常見的事，這樣的功能重復顯然對企業來說是嚴重的資源浪費。