分布式电子邮件系统设计--转载
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設(shè)計(jì)目標(biāo)
郵件系統(tǒng)在當(dāng)今社會(huì)，作為一種基礎(chǔ)通訊平臺(tái)，已經(jīng)不單純是簡(jiǎn)單收發(fā)郵件，而是成為互聯(lián)網(wǎng)各種應(yīng)用的核心，承載越來(lái)越重要的應(yīng)用。中國(guó)人口眾多，上網(wǎng)人數(shù)逐年劇增，使用郵件也日益頻繁。郵件系統(tǒng)從建成的那一天起，就面臨升級(jí)的壓力。如何設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)良好的大容量郵件系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，對(duì)于日后的升級(jí)維護(hù)有著至關(guān)重要的作用。
春笛公司作為一個(gè)在郵件領(lǐng)域默默耕耘的公司，以小用戶量的企業(yè)郵件系統(tǒng)立身，最終希望打造一個(gè)堅(jiān)固的、高度可擴(kuò)展的、容易管理維護(hù)的大容量分布式郵件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要考慮如下方面：
1． 底層堅(jiān)固、高度穩(wěn)定。
為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，需要在硬件、操作系統(tǒng)、核心MTA、應(yīng)用層在內(nèi)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都穩(wěn)定可靠才行。硬件通常選取知名品牌服務(wù)器，穩(wěn)定性、可靠性都有保障，差別不大。
操作系統(tǒng)選擇Linux或者FreeBSD, 針對(duì)郵件系統(tǒng)的特點(diǎn)，內(nèi)核需要特殊調(diào)整：如打開(kāi)文件數(shù)（open files）、stack size 、max user processes等。除了操作系統(tǒng)核心外，系統(tǒng)只加載必須的軟件，屏蔽一切不不要的服務(wù)端口。
在操作系統(tǒng)之上，處理smtp、pop3請(qǐng)求的MTA的穩(wěn)定性、效率也至關(guān)重要。當(dāng)今世界上使用比較多的是qmail和postfix, 都有分布世界各地的大批用戶。相比較而言，qmail有著更好的模塊化設(shè)計(jì)、更好的安全性，更高的投遞效率、更可靠的隊(duì)列設(shè)計(jì)。Postfix優(yōu)勢(shì)在于和sendmail有著很好的兼容性，部署容易，集成程度比較高，也是一個(gè)非常不錯(cuò)的MTA軟件。
應(yīng)用層我們選取Apache+tomcat。Apache久負(fù)盛名、久經(jīng)考驗(yàn)，tomcat背后有SUN支持，最重要的是tomcat5支持應(yīng)用層負(fù)載均衡（Load Balance）。另外，java作為一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，最能體現(xiàn)軟件工程思想，有一系列的UML設(shè)計(jì)工具、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、應(yīng)用服務(wù)器可以選擇。很多學(xué)校也開(kāi)設(shè)JAVA課程，以后JAVA會(huì)像c語(yǔ)言那樣普及，變成程序員必備的技能之一。郵件系統(tǒng)應(yīng)用層會(huì)根據(jù)用戶的反饋增加信的增值服務(wù)品種，如果基于java開(kāi)發(fā)，很容找到相關(guān)人才。這樣縮短開(kāi)發(fā)周期、節(jié)省開(kāi)發(fā)成本、降低維護(hù)難度。Google很多服務(wù)是基于java開(kāi)發(fā)的。當(dāng)然，java也有執(zhí)行效率低的缺點(diǎn)，但隨著硬件速度的提升，單只程序運(yùn)行速度的劣勢(shì)很容易被良好的設(shè)計(jì)模式優(yōu)勢(shì)取代。
2． 容易管理、維護(hù)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜之后，必然會(huì)帶來(lái)管理維護(hù)上的麻煩。我們的設(shè)計(jì)思想是希望通過(guò)統(tǒng)一的一個(gè)管理控制界面，讓系統(tǒng)管理員對(duì)每臺(tái)服務(wù)器的運(yùn)行狀況、負(fù)載情況、流量了如指掌；同時(shí)通過(guò)一個(gè)管控界面，可以遠(yuǎn)程控制服務(wù)器啟動(dòng)、關(guān)閉，對(duì)服務(wù)進(jìn)程遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止，對(duì)流量調(diào)配。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)短信通知到管理人員的手機(jī)上。
3． 增加設(shè)備簡(jiǎn)單、有效。
系統(tǒng)擴(kuò)展性是衡量系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。好的系統(tǒng)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單添置硬件、軟件做少許配置即可滿足需要。我們?cè)O(shè)計(jì)的是讓用戶數(shù)量的增長(zhǎng)和郵件服務(wù)器數(shù)量呈線性關(guān)系。由于PC服務(wù)器的硬件成本比較低，以一臺(tái)高性能PC服務(wù)器3萬(wàn)元人民幣計(jì)算，如果作為SMTP服務(wù)器可以支撐15萬(wàn)用戶，作為POP服務(wù)器可以支撐30萬(wàn)用戶，作為存儲(chǔ)服務(wù)器，可以支撐3萬(wàn)用戶。平均每用戶為0.2元、0.1元、1元。
在保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的同時(shí)，能夠最大地降低成本。降低成本有2個(gè)途徑，一是最大限度利用硬件，二是避免使用高端的存儲(chǔ)備份設(shè)備、負(fù)載均衡設(shè)備、四層交換機(jī)等。
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4． 具有多級(jí)權(quán)限管理，支持個(gè)人用戶、企業(yè)用戶、運(yùn)營(yíng)商等。
大容量郵件系統(tǒng)，不僅僅是個(gè)人用戶，還有企業(yè)用戶。不同用戶群體的需求是不同的。針對(duì)不同用戶群，提供不同的服務(wù)套餐，無(wú)疑是市場(chǎng)營(yíng)銷重要手段。而這，需要有技術(shù)上做保障才行。金笛郵件應(yīng)用層采用java技術(shù)，無(wú)疑是體現(xiàn)用戶需求的最佳技術(shù)手段。
作為運(yùn)營(yíng)商，要有豐富權(quán)限管理體系，使郵件系統(tǒng)的每一個(gè)管理環(huán)節(jié)嚴(yán)緊、嚴(yán)密。
5． 高度模塊化，模塊之間最小耦合。
模塊化程度的高低，可以體現(xiàn)的系統(tǒng)的成熟度。充分利用開(kāi)源寶庫(kù)中的免費(fèi)資源，將優(yōu)秀的開(kāi)源項(xiàng)目經(jīng)過(guò)改良、優(yōu)化，會(huì)搭建出優(yōu)秀的系統(tǒng)。不贊成完全從底層開(kāi)發(fā)。
模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口通訊，耦合程度盡可能小，這樣，即使出問(wèn)題也不會(huì)影響全局。最重要的是，系統(tǒng)擴(kuò)展性大大增強(qiáng)。如可以隨時(shí)將病毒掃描過(guò)濾模塊升級(jí)，或者將垃圾郵件過(guò)濾模塊升級(jí)，其它模塊無(wú)需做任何改動(dòng)。
6． 提供與其它系統(tǒng)直接的接口：如計(jì)費(fèi)平臺(tái)、短信彩信平臺(tái)、防毒網(wǎng)關(guān)等。
作為郵件運(yùn)營(yíng)，計(jì)費(fèi)模塊很重要。良好的設(shè)計(jì)可以為靈活的計(jì)費(fèi)提供原始數(shù)據(jù)。根據(jù)這些計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，可以制定靈活的促銷手段。
隨著彩信的普及，郵件系統(tǒng)與彩信會(huì)逐漸融合。其它的擴(kuò)展平臺(tái)，如防病毒網(wǎng)關(guān)、反垃圾網(wǎng)關(guān)、反黃網(wǎng)關(guān)都可以靈活對(duì)接。
7． 應(yīng)用層二次開(kāi)發(fā)、部署簡(jiǎn)單方便。
郵件系統(tǒng)的生命力來(lái)自客戶的需求，只有不斷滿足客戶需求，推陳出新，與時(shí)俱進(jìn)，才會(huì)不斷有新的用戶加入。根據(jù)用戶需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，這是必不可少的。二次開(kāi)發(fā)必須簡(jiǎn)單，方便。金笛郵件通過(guò)統(tǒng)一的二次開(kāi)發(fā)接口Jindi-Mailet實(shí)現(xiàn)服務(wù)端應(yīng)用的擴(kuò)展。
郵件系統(tǒng)架構(gòu)上的演化和優(yōu)劣比較
大容量郵件系統(tǒng)按照存儲(chǔ)方式不同，大致可以分為2類：
1． 統(tǒng)一存儲(chǔ)
郵件隊(duì)列和郵件數(shù)據(jù)集中放在存儲(chǔ)設(shè)備上。前端smtp服務(wù)器多臺(tái)，POP服務(wù)器多臺(tái)，隨機(jī)選擇一臺(tái)smtp服務(wù)器或者POP服務(wù)器（這個(gè)過(guò)程一般采用DNS輪詢方式完成）。選定某臺(tái)服務(wù)器后，與該服務(wù)器建立連接，通過(guò)認(rèn)證系統(tǒng)確認(rèn)用戶身份后，發(fā)送或者接收郵件數(shù)據(jù)。因?yàn)槭墙y(tǒng)一存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)都是放在磁盤陣列上，通過(guò)NFS方式掛在每臺(tái)服務(wù)器上。不論是通過(guò)哪臺(tái)功能服務(wù)器，都可以完成郵件收發(fā)。
用戶對(duì)Webmail的請(qǐng)求和smtp/pop3類似，也是通過(guò)多臺(tái)機(jī)器隨機(jī)選取實(shí)現(xiàn)負(fù)載分布。
2． 分布式存儲(chǔ)
郵件數(shù)據(jù)分布在每一臺(tái)服務(wù)器上，每臺(tái)服務(wù)器都提供完整的郵件服務(wù)：smtp/pop3/imap/webmail/數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶請(qǐng)求過(guò)來(lái)之后，首先查詢目錄服務(wù)器，驗(yàn)證用戶身份，然后找到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器，建立連接，收取或者發(fā)送郵件。
這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是用戶數(shù)量和郵件服務(wù)器數(shù)量可以保持線性增長(zhǎng)。每臺(tái)服務(wù)器支持10萬(wàn)郵箱，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器用戶已達(dá)這個(gè)數(shù)字時(shí)，啟用另外一臺(tái)。可以通過(guò)管理程序在不同服務(wù)器直接遷移用戶。動(dòng)態(tài)管理服務(wù)器。
從早期UNIX幾十用戶的簡(jiǎn)單郵件系統(tǒng)，到現(xiàn)在幾百萬(wàn)、上千萬(wàn)郵件系統(tǒng)，中間經(jīng)歷很多變化。不妨把這些梳理一下，比較郵件系統(tǒng)各種技術(shù)的優(yōu)劣。
1． 一機(jī)一域、一機(jī)多域（虛擬域）
一機(jī)一域代表用戶是企業(yè)用戶。一臺(tái)服務(wù)器作為郵件服務(wù)器。一機(jī)多域象新網(wǎng)、萬(wàn)網(wǎng)，給很多企業(yè)提供郵箱。
所有的服務(wù)，如smtp,pop3,imap都在一臺(tái)服務(wù)器上，對(duì)方郵件服務(wù)器通過(guò)查詢DNS即可唯一鎖定收件方服務(wù)IP，直接投遞過(guò)去。
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這種單機(jī)郵件系統(tǒng)，由于受cpu、內(nèi)存、硬盤的制約，用戶最多一般不超過(guò)10萬(wàn)用戶。考慮可靠性，一般采用HA，將用戶數(shù)據(jù)存放磁盤陣列上，正常只有一臺(tái)服務(wù)器工作，異常時(shí)自動(dòng)切換到另外一臺(tái)。
對(duì)于一般的企業(yè)用戶，這種單機(jī)郵件系統(tǒng)已經(jīng)夠用。但對(duì)于大型郵件系統(tǒng)，這種單機(jī)系統(tǒng)顯然無(wú)法滿足。
2． 多機(jī)一域，功能分割，集中存儲(chǔ)。
郵件服務(wù)器smtp、pop3、imap、webmail服務(wù)分布在不同的服務(wù)器上，通過(guò)NFS統(tǒng)一訪問(wèn)同一存儲(chǔ)區(qū)域。
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這種做法，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單功能分布，使每一臺(tái)服務(wù)器功能單一，幾臺(tái)服務(wù)器各司其職，處理能力大大增強(qiáng)。這種簡(jiǎn)單的功能分散，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，只要在不同的服務(wù)器其上部署相關(guān)服務(wù)即可，將存儲(chǔ)服務(wù)器通過(guò)NFS mount到每一個(gè)服務(wù)器上，然后在DNS中做相關(guān)配置。
當(dāng)用戶增大到一定數(shù)量，并發(fā)量會(huì)比較大，單臺(tái)smtp可以到256并發(fā)量，最多不會(huì)超過(guò)1000并發(fā)量。因此smtp很容易成為瓶頸。
3． 多機(jī)一域，負(fù)載均衡，集中存儲(chǔ)。
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當(dāng)郵件用戶并發(fā)量大時(shí)，smtp很容易成為瓶頸，在系統(tǒng)中出現(xiàn)瓶頸的地方可以多增加幾臺(tái)服務(wù)器，然后更新DNS，通過(guò) DNS查詢解析不同的smtp服務(wù)器地址，可以使請(qǐng)求平均分配到每一臺(tái)服務(wù)器上。
現(xiàn)在許多大容量郵件系統(tǒng)都脫胎于此，特點(diǎn)是部署容易，簡(jiǎn)單易行。缺點(diǎn)是當(dāng)訪問(wèn)量增大后，數(shù)據(jù)訪問(wèn)全部通過(guò)NFS，也很容易出現(xiàn)磁盤IO瓶頸。
4． 多機(jī)一域，功能分布，存儲(chǔ)分布。
該系統(tǒng)前端(front-end)是一個(gè)郵件交換器和目錄服務(wù)器LDAP，后端是多臺(tái)獨(dú)立的存儲(chǔ)服務(wù)器，通過(guò)管理中心調(diào)度，將存儲(chǔ)服務(wù)器通過(guò)NFS掛在相應(yīng)的smtp服務(wù)器或者pop服務(wù)上。
在目錄服務(wù)器上，會(huì)保存用戶名、密碼、smtpserver、popserver、storeserver等信息，當(dāng)用戶請(qǐng)求過(guò)來(lái)是，先查詢LDAP，如果是收信，找到該用戶對(duì)應(yīng)的smtp, 通過(guò)直接路由方式連接smtpserver，發(fā)信；如果是收信，找到對(duì)應(yīng)的pop,連接popserver下載郵件。
該架構(gòu)解決了服務(wù)器處理瓶頸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)IO瓶頸。缺點(diǎn)是主要的任務(wù)分發(fā)通過(guò)郵件交換器完成。一但郵件交換器出問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)都將無(wú)法運(yùn)行。
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5． 多機(jī)一域，雙層負(fù)載均衡，存儲(chǔ)分布。
為避免出現(xiàn)單點(diǎn)故障，將4改良，增加多臺(tái)郵件交換器和LDAP服務(wù)器。郵件交換器通過(guò)DNS輪詢實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，LDAP服務(wù)器做成雙機(jī)熱備，任何一臺(tái)有故障，另一臺(tái)接替。存儲(chǔ)服務(wù)器通過(guò)DRBD實(shí)現(xiàn)兩兩鏡像，避免出現(xiàn)存儲(chǔ)故障。
這樣一套系統(tǒng)，可以支持千萬(wàn)用戶級(jí)。以2000萬(wàn)用戶為例，4000并發(fā)量測(cè)算，按照處理能力：
Smtp:15萬(wàn)用戶/臺(tái)，pop：30萬(wàn)/臺(tái)
需要：smtp:133臺(tái)，pop：66臺(tái)，共計(jì)約199臺(tái)PC服務(wù)器。
這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有瓶頸，可以無(wú)限擴(kuò)充，缺點(diǎn)是需要很多存儲(chǔ)服務(wù)器，資源上有些浪費(fèi)。
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6． 多機(jī)一域，郵件功能服務(wù)器。
這種方案將以郵件服務(wù)器為單位，形成郵件服務(wù)器陣列。每臺(tái)郵件服務(wù)器具有完整的郵件服務(wù)功能：smtp/pop3/imap/webmail等。用戶認(rèn)證信息集中存放于LDAP服務(wù)器，通過(guò)LDAP查找用戶所在郵件服務(wù)器。
系統(tǒng)管理通過(guò)集中管控界面可以控制用戶數(shù)據(jù)在服務(wù)器之間進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)制、刪除。郵件服務(wù)器進(jìn)行兩兩互備。
設(shè)置獨(dú)立的過(guò)濾服務(wù)器，主要過(guò)濾病毒、垃圾郵件和黃色圖片。過(guò)濾服務(wù)器與郵件服務(wù)器之間通過(guò)socket通訊，所有處理在內(nèi)存完成，大大加快了處理速度。
該系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：
（1） 這種方案系統(tǒng)造價(jià)比較低。以每臺(tái)服務(wù)15萬(wàn)用戶計(jì)算，100臺(tái)服務(wù)器可以承載1500萬(wàn)用戶。100臺(tái)服務(wù)器大約200萬(wàn)－300萬(wàn)人民幣左右。
（2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置方便，容易維護(hù)。
（3） 用戶容量與服務(wù)器數(shù)量保持線性增長(zhǎng)，擴(kuò)容只需要增加服務(wù)器即可。
（4） 帳戶在服務(wù)器直接動(dòng)態(tài)可調(diào)，可遷移。
（5） 沒(méi)有瓶頸，應(yīng)付突發(fā)事件的能力強(qiáng)。
（6） 小面積的故障，不會(huì)影響整理系統(tǒng)。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，我們推薦優(yōu)先考慮此方案。
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功能設(shè)計(jì)
功能上我們遵循如下設(shè)計(jì)理念：
1． 集中管控。
管理一個(gè)大型郵件系統(tǒng)，就象管理一臺(tái)服務(wù)器那樣簡(jiǎn)單。在單一管理界面下，通過(guò)web瀏覽器即可監(jiān)控任何環(huán)節(jié)，完成大部分操作。
2． 自動(dòng)化、智能化。
通過(guò)自動(dòng)裝置，如SMS監(jiān)控系統(tǒng)流量、內(nèi)存、進(jìn)程、磁盤空間等，設(shè)定報(bào)警閥值，超過(guò)閥值就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，防范于未然。
3． 最簡(jiǎn)化、最優(yōu)化。
用簡(jiǎn)單辦法完成簡(jiǎn)單的事情。簡(jiǎn)單意味著效率、穩(wěn)定、可靠。
1．主要功能：
| 基本功能： | Smtp,pop3,imap,webmail |
| 增值模塊： | SMS，MMS，NETFile，Photo，largeFile, Schedule,AntiSPAM，Anti－Virus, Anti-pronography, … |
| 可選模塊： | 語(yǔ)音郵件、視頻郵件、郵件傳真服務(wù) |
2．功能清單：
| 系統(tǒng)管理員 | 域管理員 | 普通用戶 |
| 1．統(tǒng)計(jì)、審計(jì)功能： | 域用戶管理 | 認(rèn)證登錄WebMail |
| 2．監(jiān)控功能： | 郵件廣播 | 用戶session信息初始化 |
| 3．服務(wù)器管理：遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、啟動(dòng)服務(wù)、停止服務(wù) | 域級(jí)過(guò)濾規(guī)則設(shè)定 | 顯示首頁(yè) |
| 4．域管理：添加、變更、轉(zhuǎn)移、刪除 | 域級(jí)黑名單 | 保存圖標(biāo)位置 |
| 5．過(guò)濾服務(wù)器管理 | 用戶郵箱大小、附件大小、郵件大小控制 | 郵件索引顯示 |
| 6．DNS管理 | 功能服務(wù)定制：sms/防病毒等。 | 郵件移動(dòng) |
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| ? | ? | 拒收設(shè)置修改 |
| ? | ? | 外掛一次認(rèn)證 |
| ? | ? | session維護(hù)進(jìn)程 |
3．后端統(tǒng)計(jì)：
| 統(tǒng)計(jì)類別 | 統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目 | 描述 |
| 系統(tǒng)資源 | 負(fù)載情況 | 5分鐘采樣一次，自動(dòng)繪制統(tǒng)計(jì)圖 |
| CPU使用情況 | User,system,nice and idel | |
| 內(nèi)存 | Totoal，used，free | |
| 交換分區(qū) | Used ,free,cached,shared | |
| 硬盤 | Total，used,free, inode | |
| 網(wǎng)絡(luò)狀況 | 收到字節(jié)數(shù)，發(fā)送字節(jié)數(shù) | |
| 郵件總量統(tǒng)計(jì) | 郵件數(shù)量，總流量 | 統(tǒng)計(jì)每域、每用戶收發(fā)郵件總量和字節(jié)數(shù)。 |
| 投遞失敗統(tǒng)計(jì) | 統(tǒng)計(jì)投遞失敗的記錄 | 按照每域、每用戶統(tǒng)計(jì) |
| 隔離郵件統(tǒng)計(jì) | 郵件感染病毒，或者認(rèn)定為垃圾郵件的 | 按照每域、每用戶統(tǒng)計(jì) |
| 短信統(tǒng)計(jì) | 短信發(fā)送數(shù)統(tǒng)計(jì) | 按照每域、每用戶統(tǒng)計(jì) |
4．后端服務(wù)器管控功能
| 項(xiàng) | 功能 | 描述 |
| 服務(wù)器節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程管理 | 添加 | 向集群中添加一臺(tái)服務(wù)器 |
| 除去 | 從集群中拿掉一臺(tái)服務(wù)器 | |
| 重啟 | 遠(yuǎn)程重啟服務(wù)器 | |
| 關(guān)機(jī) | 遠(yuǎn)程關(guān)機(jī) | |
| 服務(wù)遠(yuǎn)程管理 | 啟動(dòng) | 遠(yuǎn)程啟動(dòng)某服務(wù)器服務(wù)進(jìn)程 |
| 停止 | 遠(yuǎn)程停止服務(wù)器進(jìn)程 | |
| 監(jiān)控、報(bào)警 | 設(shè)定監(jiān)控項(xiàng)目，過(guò)載報(bào)警 | 發(fā)送SMS到管理員手機(jī) |
| 負(fù)載均衡管理 | LVS，RR-DNS, LDAP | 負(fù)載均衡遠(yuǎn)程調(diào)控 |
| Tomcat集群管理 | 添加節(jié)點(diǎn)、刪除、更新 | 管理webmail服務(wù)器 |
| Session服務(wù)器管理 | 集中管理用戶session | ? |
?
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的分布式电子邮件系统设计--转载的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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