ما المقصود بتوزيع الحِمل Load balancing


محمد أحمد العيل

مقدمة

يعدّ توزيع الحِمل Load balancing مكوِّنا أساسيًّا في البنى التحتية عالية التوفر Highly-available، إذ يكثر استخدامه لتحسين الأداء والثبات في مختلف الخدمات على الشبكة؛ بما في ذلك مواقع الوِب، التطبيقات، قواعد البيانات وغيرها. يقوم مبدأ توزيع الحِمل على الاعتماد على أكثر من خادوم وتوزيع العمل المطلوب إنجازه بينها.

يوضّح المخطّط التالي بنية تحتية لموقع وِب بدون توزيع حِمل.

01_web_server.png

يتصل الزائر في هذا المثال بخادوم الوِب مباشرة، على العنوان yourdomain.com. إن حدث خلل يجعل الخادوم المضيّف للموقع yourdomain.com غير قادر على العمل فإن الوصول إلى هذا الموقع لن يكون متاحا. علاوةً على ذلك؛ إن أراد الكثير من الزوّار الوصول إلى الموقع في نفس اللحظة ولم يستطع الخادوم التعامل معهم بالسرعة المطلوبة فإن تنزيل صفحات الموقع سيصير بطيئًا، وربما يصبح خارج الخدمة. يمثّل الخادوم في هذه الحالة نقطة إخفاق Point of failure بالنسبة للبنية التحتية، فتوقفه عن العمل يجعل البنية بجميع مكوّناتها خارج الخدمة.

يمكن التخفيف من تأثير نقطة الإخفاق الوحيدة هذه بإضافة موزّع حِمل Load balancer وخادوم وِب آخر على الأقل إلى السند الخلفي Backend. تقدّم جميع الخواديم في السند الخلفي نفس المحتوى، فيحصُل الزائر بالتالي على محتوى متجانس بغضّ النظر عن خادوم الوِب الذي أجاب عن طلبه.

02_top_to_bottom_balancers.png

يتصل الزائر في المخطط أعلاه أولا بموزّع الحِمل الذي يوجّه طلب الزائر إلى خادوم في السند الخلفي. يجيب الخادوم الذي وُجِّه إليه الطلبُ الزائرَ مباشرة. يصبح موزّع الحِمل في هذه الحالة هو نقطة الإخفاق، بمعنى أن توقفه عن العمل يجعل كامل البنية التحتية تتوقف عن العمل. يمكن التغلب على هذا المشكل بإدراج موزّع حِمل ثان؛ إلا أننا سنشرح - قبل أن نناقش هذه الإمكانية - كيفية عمل موزّع الحِمل.

ما نوع حركة البيانات التي يمكن لموزع الحمل التعامل معها؟

يستخدم مديرو الأنظمة موزّعات الحمل لإنشاء قواعد توجيه تتعامل أساسا مع أنواع البيانات الأربعة التالية:

  • HTTP: تُوجَّه حركة البيانات في هذه الحالة اعتمادًا على الآليات المعيارية لميثاق HTTP. يعيّن موزّع الحِمل قيم الترويسات X-Forwarded-For، X-Forwarded-Proto وX-Forwarded-Port من أجل تمرير المعلومات الأصلية عن الطلب، أي تلك القادمة من الزائر، إلى الخادوم الذي سيردّ على الطلب .
  • HTTPS: يشبه هذا النوع النوعَ السابق، مع فرق أنه يستخدم التعميّة Encryption. تُعالَج البيانات المعمّاة بإحدى طريقتيْن: تمرير SSL +(أو SSL Passthrough)وتعتمد هذه الطريقة على الاحتفاظ بالتعميّة إلى أن تصل البيانات للخادوم الذي سيجيب على الطلب؛ أما الثانيّة فتُدعى إنهاء SSL (أو SSL Termination) ويوضَع عبء التعميّة وفكّها على موزّع الحمل، غير أن البيانات بين موزّع الحمل وخادوم الوِب تُنقَل دون تعميّة، عكس الطريقة الأولى.
  • TCP: يمكن استخدام ميثاق TCP لتوزيع حركة البيانات بين تطبيقات لا تستخدم HTTP أو HTTPS؛ مثلا بين عنقود Cluster من خواديم قواعد البيانات.
  • UDP: تدعم بعض موزعات الحمل الحديثة توجيه البيانات الخاصّة بمواثيق الإنترنت التي تستخدم حزم UDP مثل نظام أسماء النطاقات DNS وsyslogd.

تعرّف قواعدُ التوجيه الميثاقَ والمنفَذ Port على موزّع الحمل وتربطهما بميثاق ومنفَذ موجودين على الخادوم الذي يختاره موزّع الحِمل للإجابة على طلب الزائر.

كيف يختار موزّع الحمل خادوما في السند الخلفي؟

يختار موزّع الحمل الخادوم الذي سيتولّى الإجابة على الطلب بناء على عاملَيْن: أولاً؛ يتأكّد موزّع الحمل من قدرة الخادوم على الإجابة على الطلبات التي ترده، ثم يستخدم مجموعة من القواعد المضبوطة مسبقا لاختيار خادوم من بين الخواديم القادرة على الإجابة على الطلب.

التحقق من قدرة الخادوم

لا يجوز أن توجِّه موزعات الحِمل الطلبات إلى خادوم ليست لديه القدرة على التعامل معها. يراقب موزّع الحمل حالة الخواديم في السند الخلفي بمحاولة الاتصال بها مستخدما الميثاق والمنفَذ المعرَّفيْن في قواعد التوجيه المضبوطة عليه. إن أخفق خادوم في الإجابة على محاولات موزّع الحمل للاتصال به فإن موزع الحمل يعدّه غير قادر على معالجة الطلبات، ويحذفه بالتالي من قائمة الخواديم لديه، فلا يُوجِّه له أي طلب؛ إلى أن يجيب بطريقة مناسبة على محاولات الاتّصال اللاحقة.

خوارزميّات توزيع الحِمل

تحدّد خوارزميّة خادوما - من بين الخواديم الجاهزة للإجابة - لتوجيه الطلب إليه. تعدّ الخوارزميّات التالية من بين الخوارزميّات الأكثر استخداما في توزيع الحمل:

  • الاختيار الدوري Round robin: تُختار الخواديم في هذه الخوارزميّة بالتتالي. يوجّه موزع الحمل عند استخدام هذه الخوارزمية أول طلب إلى أول خادوم في قائمته، ثم عند وصول الطلب الثاني يوجّهه إلى الخادوم الموالي، وهكذا إلى أن يصل لآخر خادوم في القائمة فيعود للأول.
  • الأقل اتصالات Least connections: يُنصَح بهذه الخوارزميّة عندما تأخذ جلسات الاتصال Sessions آمادا طويلة. يختار الموزّع في هذه الحالة الخادوم ذا الاتصالات النشطة اﻷقل عددا.
  • حسب المصدر Source: يختار موزّع الحمل عند استخدام هذه الخوارزميّة الخادومَ الذي سيجيب على الطلب بناءً على عنوان IP المصدَر، مثلا؛ عنوان IP الزائر. يعني استخدامُ هذه الخوارزميّة أن طلبات زائر معيَّن ستُوجَّه دوما إلى نفس الخادوم.

تختلف الخوارزميّات المتاحة للاختيار بينها، حسب التقنيات المستخدمة في موزّع الحمل.

كيف تتعامل موزّعات الحِمل مع الحالة State؟

تطلب بعض التطبيقات أن يواصل الزائر الاتصال بنفس الخادوم خلال جلسة الاتصال الواحدة. يمكن عند الاقتضاء استخدام خوارزميّة الاختيار حسب المصدر التي تركّز على عنوان الزائر.

توجد طريقة أخرى لتلبية هذه الحاجة، وذلك بتنفيذها على مستوى تطبيق الوِب عبر الجلسات الملتصقة Sticky sessions. إذ يعيّن موزّع الحمل ملف تتبّع Cookie خاصّ بكل جلسة ثم يوجّه الطلبات التابعة لنفس الجلسة إلى نفس الخادوم، اعتمادا على ملف التتبع.

تكرار موزّعات الحمل

ذكرنا سابقا أن موزّع الحِمل يمكن أن يمثّل نقطة إخفاق إن كان وحيدا، وأنه يمكن تصحيح هذه الوضعية بإضافة موزّع حمل ثان. يتصل موزّع الحِمل الجديد بالأوّل لتشكيل عنقود من خادومَيْ توزيع حِمل يراقب كلّ منهما الآخر ويتأكّد من جاهزيّته لتلقي الطلبات وتوجيهها إلى الخادوم المناسب في المنتهى الخلفي.

يمكن لكلٍّ من الخادوميْن في هذه الحالة اكتشاف إخفاق الآخر وعودته إلى العمل.

03_redundant_balancers.png

يُحيل نظام أسماء النطاقات DNS المستخدمين إلى موزّع الحِمل الثاني في حال توقّف الأول عن العمل؛ إلا أنّ سجلات أسماء النطاقات يمكن أن تأخذ وقتا حتى يكتمل تحديثها لدى المستخدمين في جميع أنحاء العالم. يلجأ كثير من مديري الأنظمة، للتغلّب على هذا المشكل، إلى وسائل تتيح إعادة تعيين عناوين IP بمرونة، مثل عناوين IP العائمة Floating IPs.

تتخلّص هذه الوسائل من مشاكل انتشار السجلات وتحديث التخبئة في سجلات DNS بتوفير عنوان IP ثابت يمكن إعادة تعيينه حسب الحاجة، وبسرعة. لا تغيّر إعادة تعيين IP من العنوان الذي تشير إليه سجلات DNS، إلا أنها تجعل من الممكن نقل عنوان IP نفسه بين خواديم مختلفة.

ترجمة - بتصرف - لمقال What is Load Balancing? لصاحبته Melissa Anderson.

 





تفاعل الأعضاء


لا توجد أيّة تعليقات بعد



يجب أن تكون عضوًا لدينا لتتمكّن من التعليق

انشاء حساب جديد

يستغرق التسجيل بضع ثوان فقط


سجّل حسابًا جديدًا

تسجيل الدخول

تملك حسابا مسجّلا بالفعل؟


سجّل دخولك الآن