موازنة الحمل بين الخوادم

توزّع موازنة الحمل حركة المرور الواردة على عدة خوادم، بحيث لا يتعرض أي خادم منفرد لحمل يفوق طاقته. وبدلًا من إبطاء خادم واحد مزدحم، تتقاسم عدة خوادم العمل، ما يحسن الأداء والموثوقية. ويكون جهاز أو خدمة تُسمى موازن الحمل أمام الخوادم، فتوزع الطلبات بينها وتجعل مجموعة الخوادم تبدو كأنها خدمة واحدة سريعة.

يوفر توزيع الحمل فائدتين رئيسيتين: قابلية التوسع والتوافر. تؤدي إضافة المزيد من الخوادم خلف موزّع الحمل إلى زيادة السعة اللازمة للتعامل مع النمو، وإذا تعطل أحد الخوادم، يتوقف الموزّع ببساطة عن إرسال حركة المرور إليه، وبذلك يظل المستخدمون مخدومين. وهكذا يتحول الخادم الواحد الهش إلى مجموعة خوادم مرنة وقابلة للتوسع.

يستقبل موزّع الحمل طلبات العملاء على عنوان IP افتراضي (VIP) واحد في الواجهة الأمامية، ثم يوجّه كل طلب إلى أحد الخوادم الخلفية. لا يتواصل العملاء إلا مع VIP، ولا يعرفون عدد الخوادم الموجودة خلفه. وقد يكون الموزّع جهازًا مخصصًا أو برنامجًا، وغالبًا ما يُنشأ هو نفسه بطريقة زائدة لتجنب تحوله إلى SPOF.

يستخدم موزّعو الحمل خوارزميات لاختيار الخادم. يوزّع التناوب الدائري الطلبات على الخوادم بالتتابع. ويختار أسلوب أقل عدد من الاتصالات الخادم الذي لديه أقل عدد من الجلسات النشطة. أما الأساليب الموزونة فتعطي الأفضلية للخوادم الأقوى. ويؤدي اختيار الخوارزمية المناسبة إلى مواءمة حركة المرور مع سعة الخوادم، والحفاظ على توزيع الحمل بالتساوي والكفاءة.

يجري موزّع الحمل باستمرار فحوصات سلامة، إذ يختبر كل خادم للتأكد من استجابته. فإذا فشل خادم في الفحص، يتوقف الموزّع عن إرسال الطلبات إليه حتى يتعافى. وهذا ما يجعل توزيع الحمل أداةً للتوافر العالي أيضًا: إذ تُزال الخوادم المتعطلة تلقائيًا من التناوب، فلا يصل المستخدمون أبدًا إلى خادم متوقف.

تحتاج بعض التطبيقات إلى توجيه طلبات المستخدم إلى الخادم نفسه باستمرار، مثلًا للحفاظ على سلة تسوق مخزنة في ذاكرة ذلك الخادم. تربط استمرارية الجلسة (أو «الجلسات الملتصقة») العميلَ بخادم واحد طوال مدة جلسته. ومن دونها، قد يفقد المستخدم الحالة أثناء تنفيذ مهمة إذا تنقل بين الخوادم.

يعمل موزّعو الحمل على طبقات مختلفة. يوزّع موزّع الطبقة 4 الحمل استنادًا إلى عنوان IP ومنفذ TCP/UDP، ولذلك فهو سريع لكنه لا يعي المحتوى. أما موزّع الطبقة 7 فيقرأ بيانات التطبيق مثل عناوين URL الخاصة بـ HTTP، مما يتيح التوجيه الذكي، كإرسال ‎/images‎ إلى مجموعة خوادم وإرسال ‎/api‎ إلى مجموعة أخرى. وتوفر الطبقة 7 إمكانات أقوى، لكنها تنفذ عملًا أكبر لكل طلب.

غالبًا ما ينفذ موزّعو الحمل إلغاء تحميل SSL/TLS (الإنهاء): إذ يتولون أعمال التشفير الخاصة بالعملاء، ويفككون تشفير حركة المرور كي لا تضطر الخوادم الخلفية إلى ذلك. ويحرر هذا موارد المعالج في الخادم للتطبيق، كما يركز إدارة الشهادات في موزّع الحمل. وهذا سبب شائع لوضع موزّع حمل ذكي من الطبقة 7 أمام خوادم الويب.

إذا مرت كل حركة المرور عبر موزّع حمل واحد، أصبح ذلك الموزّع نقطة فشل وحيدة. لذلك تُنشر موزّعات الحمل في أزواج، إما نشطة-نشطة أو نشطة-احتياطية، مع التحويل التلقائي عند الفشل بينهما. ويجب أن تكون الأداة التي توفر التوافر متاحةً بدرجة عالية هي الأخرى. ويحافظ زوج موزّعات الحمل الزائد على مرونة الواجهة الأمامية بأكملها.

يوفر موفرو الخدمات السحابية توزيع الحمل كخدمة مُدارة تتوسع تلقائيًا مع الطلب. وبالاقتران مع مجموعات الخوادم ذات التوسع التلقائي، تستطيع السحابة إضافة الخوادم وإزالتها خلف موزّع الحمل استنادًا إلى الحمل، ثم توزيع حركة المرور على الخوادم العاملة أيًا كان عددها. ويُعد هذا النموذج المرن سببًا رئيسيًا في قدرة التطبيقات السحابية على التعامل بسلاسة مع حركة المرور الكبيرة والمتغيرة.

يعمل توزيع الحمل والتكرار معًا لتحقيق الأداء والتوافر العالي. يوفر التكرار سعةً ومكونات احتياطية، بينما يستخدم توزيع الحمل هذه السعة فعليًا، فيوزع العمل ويوجّه حركة المرور بعيدًا عن الأعطال في الوقت الفعلي. ويسمحان معًا للخدمة بالبقاء سريعة تحت الحمل الثقيل وبالاستمرار في العمل عند تعطل خوادم فردية، وهو أحد أسس التصميم المرن.

لقد تعلمتم توزيع الحمل. النقاط الأساسية:

• يوزع حركة المرور على الخوادم لتحقيق قابلية التوسع والتوافر.
• يصل العملاء إلى عنوان IP افتراضي، ثم يختار موزّع الحمل خادمًا خلفيًا.
• تشمل الخوارزميات التناوب الدائري، وأقل عدد من الاتصالات، والتوزيع الموزون.
• تزيل فحوصات السلامة الخوادم المتعطلة، وتحافظ الاستمرارية على التصاق الجلسات.
• الطبقة 4 مقابل الطبقة 7، كما تُنشأ موزّعات الحمل نفسها بطريقة زائدة.