這篇文章主要介紹了YouTube網(wǎng)站用到的技術(shù)架構(gòu)及擴(kuò)展經(jīng)驗(yàn),作為全球最大在線視頻網(wǎng)站的YouTube一直堅(jiān)持簡(jiǎn)潔的架構(gòu)原則并且在可擴(kuò)展性方面做得相當(dāng)出色,需要的朋友可以參考下

YouTube發(fā)展迅速，每天超過(guò)1億的視頻點(diǎn)擊量，但只有很少人在維護(hù)站點(diǎn)和確保伸縮性。這點(diǎn)和PlentyOfFish類(lèi)似，少數(shù)人維護(hù)龐大系統(tǒng)。是什么原因呢？放心絕對(duì)不是靠人品，也不是靠寂寞，下面就來(lái)看看YouTube的整體技術(shù)架構(gòu)吧。

平臺(tái)

Apache

Python

Linux(SuSe)

MySQL

psyco，一個(gè)動(dòng)態(tài)的Python到C的編譯器

lighttpd代替Apache做視頻查看</strong>

狀態(tài)

支持每天超過(guò)1億的視頻點(diǎn)擊量

成立于2005年2月

于2006年3月達(dá)到每天3千萬(wàn)的視頻點(diǎn)擊量

于2006年7月達(dá)到每天1億的視頻點(diǎn)擊量

2個(gè)系統(tǒng)管理員，2個(gè)伸縮性軟件架構(gòu)師

2個(gè)軟件開(kāi)發(fā)工程師，2個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程師，1個(gè)DBA</strong>

Web服務(wù)器

1，NetScaler用于負(fù)載均衡和靜態(tài)內(nèi)容緩存

2，使用mod_fast_cgi運(yùn)行Apache

3，使用一個(gè)Python應(yīng)用服務(wù)器來(lái)處理請(qǐng)求的路由

4，應(yīng)用服務(wù)器與多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和其他信息源交互來(lái)獲取數(shù)據(jù)和格式化html頁(yè)面

5，一般可以通過(guò)添加更多的機(jī)器來(lái)在Web層提高伸縮性

6，Python的Web層代碼通常不是性能瓶頸，大部分時(shí)間阻塞在RPC

7，Python允許快速而靈活的開(kāi)發(fā)和部署

8，通常每個(gè)頁(yè)面服務(wù)少于100毫秒的時(shí)間

9，使用psyco(一個(gè)類(lèi)似于JIT編譯器的動(dòng)態(tài)的Python到C的編譯器)來(lái)優(yōu)化內(nèi)部循環(huán)

10，對(duì)于像加密等密集型CPU活動(dòng)，使用C擴(kuò)展

11，對(duì)于一些開(kāi)銷(xiāo)昂貴的塊使用預(yù)先生成并緩存的html

12，數(shù)據(jù)庫(kù)里使用行級(jí)緩存

13，緩存完整的Python對(duì)象

14，有些數(shù)據(jù)被計(jì)算出來(lái)并發(fā)送給各個(gè)程序，所以這些值緩存在本地內(nèi)存中。這是個(gè)使用不當(dāng)?shù)牟呗浴?/P>

應(yīng)用服務(wù)器里最快的緩存將預(yù)先計(jì)算的值發(fā)送給所有服務(wù)器也花不了多少時(shí)間。只需弄一個(gè)代理來(lái)監(jiān)聽(tīng)更改，預(yù)計(jì)算，然后發(fā)送。

視頻服務(wù)

1，花費(fèi)包括帶寬，硬件和能源消耗

2，每個(gè)視頻由一個(gè)迷你集群來(lái)host，每個(gè)視頻被超過(guò)一臺(tái)機(jī)器持有

3，使用一個(gè)集群意味著：

-更多的硬盤(pán)來(lái)持有內(nèi)容意味著更快的速度

-failover。如果一臺(tái)機(jī)器出故障了，另外的機(jī)器可以繼續(xù)服務(wù)

-在線備份

4，使用lighttpd作為Web服務(wù)器來(lái)提供視頻服務(wù)：

-Apache開(kāi)銷(xiāo)太大

-使用epoll來(lái)等待多個(gè)fds

-從單進(jìn)程配置轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙M(jìn)程配置來(lái)處理更多的連接

5，大部分流行的內(nèi)容移到CDN：

-CDN在多個(gè)地方備份內(nèi)容，這樣內(nèi)容離用戶(hù)更近的機(jī)會(huì)就會(huì)更高

-CDN機(jī)器經(jīng)常內(nèi)存不足，因?yàn)閮?nèi)容太流行以致很少有內(nèi)容進(jìn)出內(nèi)存的顛簸

6，不太流行的內(nèi)容(每天1-20瀏覽次數(shù))在許多colo站點(diǎn)使用YouTube服務(wù)器

-長(zhǎng)尾效應(yīng)。一個(gè)視頻可以有多個(gè)播放，但是許多視頻正在播放。隨機(jī)硬盤(pán)塊被訪問(wèn)

-在這種情況下緩存不會(huì)很好，所以花錢(qián)在更多的緩存上可能沒(méi)太大意義。

-調(diào)節(jié)RAID控制并注意其他低級(jí)問(wèn)題

-調(diào)節(jié)每臺(tái)機(jī)器上的內(nèi)存，不要太多也不要太少 </strong>

視頻服務(wù)關(guān)鍵點(diǎn)

1，保持簡(jiǎn)單和廉價(jià)

2，保持簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)路徑，在內(nèi)容和用戶(hù)間不要有太多設(shè)備

3，使用常用硬件，昂貴的硬件很難找到幫助文檔

4，使用簡(jiǎn)單而常見(jiàn)的工具，使用構(gòu)建在Linux里或之上的大部分工具

5，很好的處理隨機(jī)查找(SATA，tweaks)

縮略圖服務(wù)

1，做到高效令人驚奇的難

2，每個(gè)視頻大概4張縮略圖，所以縮略圖比視頻多很多

3，縮略圖僅僅host在幾個(gè)機(jī)器上

4，持有一些小東西所遇到的問(wèn)題：

-OS級(jí)別的大量的硬盤(pán)查找和inode和頁(yè)面緩存問(wèn)題

-單目錄文件限制，特別是Ext3，后來(lái)移到多分層的結(jié)構(gòu)。內(nèi)核2.6的最近改進(jìn)可能讓 Ext3允許大目錄，但在一個(gè)文件系統(tǒng)里存儲(chǔ)大量文件不是個(gè)好主意

-每秒大量的請(qǐng)求，因?yàn)閃eb頁(yè)面可能在頁(yè)面上顯示60個(gè)縮略圖

-在這種高負(fù)載下Apache表現(xiàn)的非常糟糕

-在Apache前端使用squid，這種方式工作了一段時(shí)間，但是由于負(fù)載繼續(xù)增加而以失敗告終。它讓每秒300個(gè)請(qǐng)求變?yōu)?0個(gè)

-嘗試使用lighttpd但是由于使用單線程它陷于困境。遇到多進(jìn)程的問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兏髯员３肿约簡(jiǎn)为?dú)的緩存

-如此多的圖片以致一臺(tái)新機(jī)器只能接管24小時(shí)

-重啟機(jī)器需要6-10小時(shí)來(lái)緩存

5，為了解決所有這些問(wèn)題YouTube開(kāi)始使用Google的BigTable，一個(gè)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：

-避免小文件問(wèn)題，因?yàn)樗鼘⑽募占揭黄?/P>

-快，錯(cuò)誤容忍

-更低的延遲，因?yàn)樗褂梅植际蕉嗉?jí)緩存，該緩存與多個(gè)不同collocation站點(diǎn)工作

-更多信息參考Google Architecture，GoogleTalk Architecture和BigTable

數(shù)據(jù)庫(kù)

1，早期

-使用MySQL來(lái)存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)，如用戶(hù)，tags和描述

-使用一整個(gè)10硬盤(pán)的RAID 10來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

-依賴(lài)于信用卡所以YouTube租用硬件

-YouTube經(jīng)過(guò)一個(gè)常見(jiàn)的革命：?jiǎn)畏?wù)器，然后單master和多read slaves，然后數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)，然后sharding方式

-痛苦與備份延遲。master數(shù)據(jù)庫(kù)是多線程的并且運(yùn)行在一個(gè)大機(jī)器上所以它可以處理許多工作，slaves是單線程的并且通常運(yùn)行在小一些的服務(wù)器上并且備份是異步的，所以slaves會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于master

-更新引起緩存失效，硬盤(pán)的慢I/O導(dǎo)致慢備份

-使用備份架構(gòu)需要花費(fèi)大量的money來(lái)獲得增加的寫(xiě)性能

-YouTube的一個(gè)解決方案是通過(guò)把數(shù)據(jù)分成兩個(gè)集群來(lái)將傳輸分出優(yōu)先次序：一個(gè)視頻查看池和一個(gè)一般的集群

2，后期

-數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)

-分成shards，不同的用戶(hù)指定到不同的shards

-擴(kuò)散讀寫(xiě)

-更好的緩存位置意味著更少的IO

-導(dǎo)致硬件減少30%

-備份延遲降低到0

-現(xiàn)在可以任意提升數(shù)據(jù)庫(kù)的伸縮性

數(shù)據(jù)中心策略

1，依賴(lài)于信用卡，所以最初只能使用受管主機(jī)提供商

2，受管主機(jī)提供商不能提供伸縮性，不能控制硬件或使用良好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

3，YouTube改為使用colocation arrangement?，F(xiàn)在YouTube可以自定義所有東西并且協(xié)定自己的契約

4，使用5到6個(gè)數(shù)據(jù)中心加CDN

5，視頻來(lái)自任意的數(shù)據(jù)中心，不是最近的匹配或其他什么。如果一個(gè)視頻足夠流行則移到CDN

6，依賴(lài)于視頻帶寬而不是真正的延遲?？梢詠?lái)自任何colo

7，圖片延遲很?chē)?yán)重，特別是當(dāng)一個(gè)頁(yè)面有60張圖片時(shí)

8，使用BigTable將圖片備份到不同的數(shù)據(jù)中心，代碼查看誰(shuí)是最近的

關(guān)于擴(kuò)展性的思考

以下雖然都不是什么新思想，但希望對(duì)你有所助益。

分而治之是擴(kuò)展性技術(shù)的靈魂?？紤]以層次化的方式完成所有的工作。這也是數(shù)據(jù)分片的癥結(jié)所在。要知道如何將數(shù)據(jù)分區(qū)，以及如何將已分區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)?？偠灾?，保持簡(jiǎn)單與松散的耦合非常必要。

充分利用Python的動(dòng)態(tài)特性，構(gòu)建易于擴(kuò)展的軟件架構(gòu)。

近似的正確性。要相信監(jiān)控系統(tǒng)所報(bào)告的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。如果問(wèn)題沒(méi)有出現(xiàn)，就認(rèn)為一切良好。

不一致的數(shù)據(jù)模型。例如，閱讀評(píng)論的人和寫(xiě)評(píng)論的人對(duì)你刷新頁(yè)面的動(dòng)作會(huì)有不同的反應(yīng)，但也不必完全基于事務(wù)處理進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這會(huì)顯得矯枉過(guò)正。我們依然需要不一致的數(shù)據(jù)模型。

分布式系統(tǒng)的隨機(jī)性。分布式系統(tǒng)就如同氣象系統(tǒng)一樣，對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試會(huì)存在更多的隨機(jī)性。例如，緩存過(guò)期。一般情況下，服務(wù)器會(huì)將流行的視頻緩存24小時(shí)。如果一旦出現(xiàn)緩存同時(shí)過(guò)期的情況，服務(wù)器將同時(shí)開(kāi)始緩存，荷載如聞驚雷！

最快的函數(shù)調(diào)用就是不做任何調(diào)用。合理設(shè)計(jì)事務(wù)處理發(fā)生的間隔和次數(shù)。

仔細(xì)觀察API，并做到心中有數(shù)。如何定義輸入、輸出？所有的函數(shù)調(diào)用本質(zhì)上都是圍繞數(shù)據(jù)發(fā)生的，那在函數(shù)調(diào)用之后，又會(huì)發(fā)生什么？

在Python中運(yùn)用RPC重定向。程序員是代碼的構(gòu)建者，因此要做好約定。如果代碼不幸失敗了，還可以從RPC輸出中追查原因。

沒(méi)有完美的組件。一個(gè)組件的運(yùn)行周期可能持續(xù)1-6個(gè)月，具體多久，誰(shuí)也說(shuō)不清。隨著時(shí)間的推移，我們會(huì)用Python和C重寫(xiě)一些東西，這證明你正在淘汰舊的組件，當(dāng)你觀察到一個(gè)新組件出現(xiàn)的時(shí)候，它誕生了。

沒(méi)有人了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制。因此，我們需要定義組件。視頻轉(zhuǎn)碼和視頻搜索截然不同，建立良好的數(shù)據(jù)規(guī)范非常重要。

效率與擴(kuò)展性并重。最有效率的是用C實(shí)現(xiàn)進(jìn)程，但這樣的方式缺乏擴(kuò)展性。

著眼于宏觀層面、組件及其失敗的原因。使用RPC是否明智？?jī)?nèi)聯(lián)如何？進(jìn)行分解研究，也許會(huì)發(fā)現(xiàn)不同之處。

重視算法。與其絞盡腦汁用Python來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的算法，不如用它做些更有實(shí)用價(jià)值的事。在這方面，C語(yǔ)言有它的優(yōu)勢(shì)。

我們很少?gòu)氖旅嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)。我們使用了大量的名稱(chēng)空間，使用類(lèi)來(lái)組織數(shù)據(jù)，但極少面向?qū)ο蟆?/P>

我樂(lè)意用下面的詞匯來(lái)形容我們的代碼樹(shù)：簡(jiǎn)單、實(shí)用、優(yōu)雅、正交、可組合，這是我們的追求。

總結(jié)

YouTube解決問(wèn)題的哲學(xué)只有一個(gè)詞：簡(jiǎn)單。許多YouTube的產(chǎn)品最初只是源于一個(gè)簡(jiǎn)單的Python腳本。這正是應(yīng)了我們的一句老話，不積跬步，無(wú)以至千里；不積小流，無(wú)以成江海。