Load Balancing là gì? Tất cả những điều cần biết về cân bằng tải

Load Balancing tập trung vào việc phân phối hiệu quả lưu lượng truy cập đến một nhóm Backend Servers. Tầm quan trọng này sẽ được làm rõ hơn qua bài viết của FPT Cloud. Tiếp đó, bạn sẽ đi sâu vào tìm hiểu đặc điểm của Load Balancing từ phương thức hoạt động đến thuật toán. 

1. Load Balancing là gì?

Load Balancing là dịch vụ cân bằng tải, thực hiện nhiệm vụ phân phối khối lượng công việc tính toán giữa hai hoặc nhiều máy tính. Trên Internet, cân bằng tải thường được sử dụng để chia lưu lượng mạng giữa nhiều máy chủ khác nhau trong một hệ thống.

Khi lưu lượng truy cập được phân tán đều, điều này làm giảm đáng kể gánh nặng cho từng máy chủ riêng lẻ và giúp toàn bộ hệ thống hoạt động hiệu quả hơn. Kết quả là tốc độ xử lý được cải thiện, hiệu suất tăng cao và độ trễ giảm xuống mức tối thiểu.

Trong môi trường Internet hiện đại với lượng dữ liệu và người dùng ngày càng tăng, cân bằng tải là yếu tố thiết yếu để đảm bảo các ứng dụng hoạt động bình thường, đặc biệt trong những khoảng thời gian cao điểm khi lưu lượng truy cập đạt mức tối đa.

2. Lợi ích của cân bằng tải Load Balancing

Các tổ chức quản lý nhiều máy chủ có thể nhận được nhiều lợi ích từ việc triển khai giải pháp cân bằng tải. Dưới đây là những ưu điểm chính khi áp dụng công nghệ Load Balancing:

2.1. Cải thiện khả năng mở rộng

Cân bằng tải cho phép thay đổi quy mô cơ sở hạ tầng máy chủ theo nhu cầu thực tế mà không làm gián đoạn dịch vụ.

Ví dụ: Khi một trang thương mại điện tử bắt đầu thu hút lượng lớn khách truy cập trong dịp Black Friday, lưu lượng truy cập có thể tăng đột biến. Nếu máy chủ web không đủ khả năng quản lý dòng lưu lượng đột ngột này, trang web có nguy cơ sập hoàn toàn. Hệ thống cân bằng tải sẽ phân tán lưu lượng truy cập bổ sung trên nhiều máy chủ, ngăn chặn tình trạng quá tải.

2.2. Cải thiện hiệu quả hệ thống

Do giảm gánh nặng lưu lượng truy cập trên mỗi máy chủ, việc xử lý dữ liệu trở nên hiệu quả hơn, thời gian phản hồi được cải thiện đáng kể.

Kết quả cuối cùng là người dùng nhận được trải nghiệm tốt hơn khi truy cập trang web, ứng dụng phản hồi nhanh chóng và hoạt động mượt mà hơn.

2.3. Giảm thời gian chết

Các công ty có hệ thống toàn cầu và nhiều địa điểm ở các múi giờ khác nhau đặc biệt được hưởng lợi từ việc cân bằng tải, nhất là trong quá trình bảo trì máy chủ.

Ví dụ: Một tổ chức có thể tắt máy chủ cần bảo trì và tự động định tuyến lưu lượng truy cập đến các bộ cân bằng tải khác vẫn đang hoạt động mà không gây gián đoạn dịch vụ hoặc thời gian chết.

2.4. Phân tích dự đoán

Hệ thống cân bằng tải hiện đại cung cấp khả năng phát hiện sớm các lỗi tiềm ẩn và giúp quản lý chúng hiệu quả mà không ảnh hưởng đến các tài nguyên khác.

Ví dụ: Bộ cân bằng tải dựa trên phần mềm có thể dự đoán tắc nghẽn giao thông trước khi chúng xảy ra, cho phép hệ thống điều chỉnh phù hợp.

2.5. Quản lý hiệu quả khi xảy ra lỗi

Trong trường hợp xảy ra lỗi, bộ cân bằng tải tự động chuyển hướng lưu lượng truy cập đến các tài nguyên còn hoạt động bình thường hoặc các tùy chọn sao lưu.

Ví dụ: Nếu phát hiện lỗi trên máy chủ thư, bộ cân bằng tải sẽ phân phối lại tài nguyên đến các khu vực không bị ảnh hưởng để đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn.

2.6. Cải thiện bảo mật

Nhờ cân bằng tải, yêu cầu của người dùng được tiếp nhận và xử lý trước khi phân chia về các máy chủ. Đồng thời, quá trình phản hồi cũng không ngăn cản việc khách truy cập giao tiếp với Server.Tình trạng ẩn thông tin hay cấu trúc mạng nội bộ tránh tuyệt đối. Từ đó, cơ hội cho những cuộc tấn công trái phép là rất thấp.

3. Cách thức hoạt động của cân bằng tải Load Balancing

Cân bằng tải được thực hiện bởi một công cụ hoặc ứng dụng được gọi là bộ cân bằng tải (load balancer). Bộ cân bằng tải có thể là phần cứng chuyên dụng hoặc giải pháp phần mềm tùy theo nhu cầu của hệ thống.

Bộ cân bằng tải phần cứng yêu cầu cài đặt thiết bị vật lý chuyên dụng, trong khi bộ cân bằng tải phần mềm có thể linh hoạt hơn, chạy trên máy chủ thông thường, máy ảo hoặc môi trường đám mây. Mạng phân phối nội dung (CDN) cũng thường tích hợp các tính năng cân bằng tải để tối ưu hóa quá trình phân phối nội dung.

Quy trình hoạt động cơ bản của load balancing như sau:

• Khi có yêu cầu đến từ người dùng, bộ cân bằng tải nhận và phân tích yêu cầu đó
• Dựa trên các thuật toán được cấu hình trước, bộ cân bằng tải sẽ chỉ định yêu cầu đó đến một máy chủ cụ thể trong nhóm máy chủ
• Quy trình này lặp lại cho mỗi yêu cầu tiếp theo từ người dùng

Bộ cân bằng tải xác định máy chủ nào sẽ xử lý từng yêu cầu dựa trên nhiều thuật toán khác nhau, được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và trải nghiệm người dùng.

4. Các loại thuật toán cân bằng tải

4.1. Thuật toán cân bằng tải tĩnh

Thuật toán cân bằng tải tĩnh phân phối khối lượng công việc theo một kế hoạch cố định mà không tính đến trạng thái hiện tại của hệ thống. Bộ cân bằng tải tĩnh không nắm được thông tin về tình trạng hiện tại của từng máy chủ, không biết máy chủ nào đang hoạt động chậm hoặc máy chủ nào chưa được sử dụng hết công suất.

Mặc dù cân bằng tải tĩnh dễ triển khai và cấu hình nhanh chóng, phương pháp này có thể dẫn đến tình trạng kém hiệu quả nếu có sự khác biệt về hiệu suất giữa các máy chủ.

Dưới đây là các phương thức cân bằng tải tĩnh phổ biến:

4.2. Thuật toán cân bằng tải động

Các thuật toán cân bằng tải động linh hoạt hơn, vì chúng tính đến tình trạng hiện tại, tính khả dụng và khối lượng công việc của từng máy chủ trong hệ thống. Khả năng này cho phép chuyển lưu lượng truy cập từ các máy chủ đang quá tải hoặc hoạt động kém hiệu quả sang các máy chủ còn dư khả năng xử lý, giúp phân phối công việc đều và hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, cân bằng tải động phức tạp hơn và đòi hỏi nhiều tài nguyên hơn để cấu hình và duy trì. Việc đánh giá tình trạng máy chủ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng chung, dung lượng xử lý, quy mô của các tác vụ được phân phối, và các thông số hiệu suất khác.

Dưới đây là các phương thức cân bằng tải động phổ biến:

5. Ứng dụng cân bằng tải Load Balancing

Load Balancing được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và môi trường công nghệ thông tin. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến của cân bằng tải:

Gồm phân phối lưu lượng truy cập đều giữa các máy chủ, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Khi triển khai, nhiều doanh nghiệp kết hợp với Object Storage để quản lý dữ liệu linh hoạt và sử dụng dịch vụ thuê máy ảo nhằm mở rộng hạ tầng nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.

Nhiều giải pháp cân bằng tải đám mây hiện đại còn có khả năng cân bằng tải lưu lượng truy cập Internet trên các máy chủ được phân bổ trên toàn cầu, một quy trình được gọi là cân bằng tải máy chủ toàn cầu (GSLB).

Trong các mạng cục bộ quy mô lớn như trung tâm dữ liệu hoặc khu phức hợp văn phòng, cân bằng tải cũng đóng vai trò quan trọng. Theo phương thức truyền thống, việc này thường yêu cầu sử dụng các thiết bị phần cứng chuyên dụng như bộ điều khiển phân phối ứng dụng (ADC) hoặc thiết bị cân bằng tải chuyên biệt. 

Tuy nhiên, xu hướng hiện nay nghiêng về việc sử dụng các bộ cân bằng tải dựa trên phần mềm do tính linh hoạt và khả năng tùy chỉnh cao.

6. Câu hỏi thường gặp (FAQs)

6.1. Load Balancing có phải là giải pháp duy nhất để tăng hiệu suất hệ thống?

Không, Load Balancing chỉ là một trong nhiều phương pháp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Các giải pháp khác bao gồm tối ưu hóa cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm (caching), mạng phân phối nội dung (CDN), và nâng cấp phần cứng.

6.2. Có thể triển khai Load Balancing trong môi trường hỗn hợp không?

Có, nhiều giải pháp Load Balancing hiện đại hỗ trợ môi trường hỗn hợp, cho phép cân bằng tải giữa cơ sở hạ tầng tại chỗ và đám mây. Điều này đặc biệt hữu ích cho các tổ chức đang trong quá trình chuyển đổi sang đám mây.

6.3. Chi phí triển khai Load Balancing có đáng giá không?

Đối với hầu hết các hệ thống có lưu lượng truy cập cao hoặc yêu cầu tính sẵn sàng cao, chi phí triển khai Load Balancing thường thấp hơn nhiều so với chi phí tiềm ẩn từ thời gian chết của hệ thống hoặc hiệu suất kém. Các giải pháp dựa trên đám mây cũng cung cấp mô hình thanh toán theo mức sử dụng, giúp tối ưu hóa chi phí.

6.4. Khi nào nên sử dụng Load Balancing phần cứng thay vì phần mềm?

Load Balancing phần cứng thường được ưa chuộng trong các môi trường đòi hỏi hiệu suất cực cao, độ trễ thấp, và xử lý SSL/TLS mạnh mẽ. Ngược lại, giải pháp phần mềm mang lại tính linh hoạt cao hơn, dễ dàng nâng cấp và thường có chi phí thấp hơn.

Load Balancing là giải pháp thiết yếu cho các hệ thống máy chủ hiện đại, giúp tối ưu hóa hiệu suất, tăng khả năng mở rộng và đảm bảo tính sẵn sàng cao. Từ các ứng dụng web đến trung tâm dữ liệu, công nghệ cân bằng tải mang lại nhiều lợi ích đáng kể trong việc phân phối tài nguyên hiệu quả. Hy vọng rằng những thông tin mà FPT Cloud cung cấp sẽ giúp ích tới Quý doanh nghiệp.