Jak działa load balancing?

W poprzednich artykułach wyjaśnialiśmy już, czym jest load balancing oraz kiedy warto rozważyć wdrożenie architektury opartej na wielu serwerach. Teraz przyjrzymy się samemu mechanizmowi działania. Jak to się dzieje, że jedna aplikacja może jednocześnie korzystać z kilku serwerów, a użytkownik nawet tego nie zauważa? Load balancing, nazywany również równoważeniem obciążenia, polega na inteligentnym rozdzielaniu ruchu pomiędzy wiele serwerów lub instancji aplikacji. Dzięki temu żaden z nich nie staje się wąskim gardłem, a awaria jednego serwera nie musi oznaczać niedostępności całej usługi. To właśnie dlatego rozwiązanie to od lat wykorzystywane jest przez sklepy internetowe, systemy SaaS, portale informacyjne czy aplikacje obsługujące tysiące użytkowników jednocześnie.

Skalujesz aplikację lub przewidujesz wzrost ruchu? W SEOHOST oferujemy serwery VPS oraz serwery dedykowane, które stanowią podstawę do budowy środowisk wykorzystujących load balancing, klastry aplikacyjne oraz wysoką dostępność usług.

• Jak działa load balancing?
• Jak serwer wybiera, gdzie skierować użytkownika?
• Gdzie load balancing daje największe korzyści?

Jak już wyjaśniliśmy w poradnikach Co to jest Load Balancer? oraz Czy load balancing działa na hostingu współdzielonym?, równoważenie obciążenia nie jest zarezerwowane wyłącznie dla największych serwisów internetowych. Skoro wiemy już, czym jest load balancing i kiedy warto go rozważyć, przyjrzyjmy się temu, co dzieje się „pod maską” i w jaki sposób load balancer podejmuje decyzję, na który serwer skierować kolejne żądanie użytkownika.

Jak działa load balancing?

Z punktu widzenia użytkownika wszystko wygląda bardzo prosto. Wpisuje adres strony, naciska Enter i otrzymuje odpowiedź. W rzeczywistości jego żądanie najpierw trafia do urządzenia lub aplikacji pełniącej rolę Load Balancera, a dopiero później zostaje przekazane do jednego z serwerów znajdujących się w tle.

Można powiedzieć, że load balancer pełni rolę dyspozytora ruchu. Nie obsługuje aplikacji, nie generuje strony i nie wykonuje kodu PHP. Jego zadaniem jest wybranie serwera, który w danym momencie najlepiej poradzi sobie z kolejnym żądaniem.

                 Internet
                     │
                     ▼
             Load Balancer
                     │
        ┌────────────┼────────────┐
        ▼            ▼            ▼
    Serwer 1     Serwer 2     Serwer 3
        │            │            │
        └────────────┴────────────┘
            Ta sama aplikacja

Jeżeli jeden z serwerów przestanie odpowiadać, load balancer po prostu przestanie kierować do niego nowych użytkowników. Pozostałe maszyny przejmą jego ruch, dzięki czemu dla odwiedzających awaria często pozostaje całkowicie niezauważalna. To jeden z podstawowych elementów architektur określanych jako High Availability (HA).

Jak już opisaliśmy w poradniku Co to jest High Availability?, samo uruchomienie kilku serwerów nie zwiększa jeszcze dostępności usługi. Dopiero odpowiednie rozdzielanie ruchu sprawia, że infrastruktura potrafi wykorzystać ich pełny potencjał.

Load balancing nie zwiększa wydajności pojedynczego serwera. Pozwala natomiast rozłożyć ruch pomiędzy kilka serwerów, dzięki czemu każdy z nich wykonuje mniej pracy.

Jak serwer wybiera, gdzie skierować użytkownika?

To zależy od przyjętego algorytmu. Nie zawsze chodzi o zwykłe kierowanie ruchu „po kolei”. Nowoczesne load balancery analizują aktualne obciążenie infrastruktury i potrafią podejmować decyzje w czasie rzeczywistym.

W praktyce najczęściej spotykamy rozwiązania oparte na NGINX, HAProxy lub usługach oferowanych przez dostawców chmury. Oprócz samego rozdzielania ruchu potrafią one wykonywać regularne testy dostępności serwerów (Health Checks) oraz automatycznie wyłączać z ruchu maszyny, które przestały odpowiadać.

Load balancing najlepiej sprawdza się wtedy, gdy wszystkie serwery mają podobną konfigurację. Dzięki temu użytkownik otrzymuje identyczną odpowiedź niezależnie od tego, która maszyna obsłuży jego żądanie.

Gdzie load balancing daje największe korzyści?

Nie każda strona internetowa potrzebuje kilku serwerów. Dla większości blogów, stron firmowych czy niewielkich sklepów internetowych znacznie większe znaczenie ma szybki hosting, odpowiednio skonfigurowany cache oraz wydajna baza danych.

Load balancing zaczyna pokazywać swoje możliwości wtedy, gdy pojedynczy serwer przestaje wystarczać albo gdy niedostępność usługi oznacza wymierne straty finansowe.

Najczęściej wykorzystuje się go w przypadku:

• dużych sklepów internetowych,
• systemów SaaS i aplikacji biznesowych,
• portali informacyjnych obsługujących duży ruch,
• platform API,
• systemów wymagających wysokiej dostępności.

Co istotne, load balancing bardzo często idzie w parze z innymi technologiami. Serwery korzystają z Redis, wspólnej bazy danych, współdzielonej pamięci masowej, systemów cache czy sieci CDN. Dopiero połączenie tych elementów pozwala zbudować środowisko zdolne obsłużyć setki tysięcy lub miliony użytkowników.

Nie wdrażaj load balancera tylko dlatego, że jest dostępny. Jeżeli problemem jest wolna baza danych, źle napisany kod aplikacji albo brak cache, dodanie kolejnych serwerów najczęściej nie rozwiąże przyczyny spadku wydajności. Najpierw usuwa się wąskie gardła, a dopiero później skaluje infrastrukturę.

Jeżeli chcesz lepiej zrozumieć nowoczesną architekturę serwerową, przeczytaj również Co to jest High Availability?, Co to jest cache serwera?, Redis – co to jest i jak działa? oraz Serwer VPS czy serwer dedykowany – co wybrać?. Razem pokazują, w jaki sposób buduje się środowiska przygotowane na duży ruch i wysoką dostępność usług.