分布式系統(tǒng)關(guān)注點——初識「高可用」-創(chuàng)新互聯(lián)

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    咳咳，從這篇開始，正式拉開分布式系統(tǒng)關(guān)注點中，我認為第二重要的內(nèi)容 —— 「高可用」。

        本篇的要點主要是明確「高可用」的定義，以及了解在分布式系統(tǒng)下哪些環(huán)節(jié)要做「高可用」，為后續(xù)要講的策略、方式方案打下基礎(chǔ)。如有1年以上的分布式系統(tǒng)實戰(zhàn)經(jīng)驗可酌情選擇跳過本篇。

Tips：「高XX」中的“高”其實是相對的，越滿足期望值，就越是“高”的。

 一、「高可用」的作用？

        首先，統(tǒng)一下對「高可用」的認知。

        做個通俗一點的類比：獨生子女時代的子女就是“單體應(yīng)用”，如果出意外了，父母就「失獨」了，整個家族的傳承就斷了，“不可用”了。然而，二胎政策就是通過分布式（冗余）來降低出現(xiàn)這個問題的概率，從而提高“可用性”。

    對于「高可用」，專業(yè)的解釋是：

「高可用」指的是通過盡量縮短因日常維護操作（計劃）和突發(fā)的系統(tǒng)崩潰（非計劃）所導(dǎo)致的停機時間，以提高系統(tǒng)和應(yīng)用的可用性。

        —— 百度百科

        簡而言之，不管發(fā)生了什么（哪怕是地震、洪水了），能夠讓用戶盡可能的無感知，依舊能正常使用系統(tǒng)，也就是越「高可用」的。

        為什么在「數(shù)據(jù)一致性」后面就聊「高可用」呢？我的理解是，分布式系統(tǒng)的關(guān)鍵是做冗余，但是冗余的大敵人卻是「數(shù)據(jù)一致性」。我們通過冗余打破了原先的瓶頸，打開了一些新的通道。如，可以去爭取更高的可用性、更高的性能等等。但是這其中，屬「高可用」最重要。從上面引用中的解釋也可以看到，要想盡可能的降低停機時間，單體應(yīng)用的天花板總會更快的到來。就好比讓一臺電腦永遠保持運行是困難的，期間總得更新幾次操作系統(tǒng)、突然出現(xiàn)幾次硬件故障，甚至機房的光纖被挖斷了！那么這個時候就處于“不可用”狀態(tài)。

        也因此，我認為「高可用」的價值或者說意義，必定是在我們做分布式系統(tǒng)獲得的其它好處之上的，比如「高性能」之類。因為，在一定范圍內(nèi)，所謂的「高性能」其實通過優(yōu)化單體應(yīng)用也有可能達到某個期望值，但是「高可用」則必然需要依賴分布式系統(tǒng)才能達到。

 二、如何來衡量「高可用」

        一般我們講到最多的是用Service Level Agrement來衡量高可用指標，簡稱SLA。不過，其原意表示的是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商和客戶間的一份合同，其中定義了服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量和客戶付款等術(shù)語，其中還包含除了「有效工作時間」之外的其它概念，如帶寬、服務(wù)就緒時間（RFSD）、平均故障間隔時間（MTBF）、服務(wù)平均恢復(fù)時間（MTRS）、平均修理時間（MTTR）等。最初，SLA多用于電信運營商之類的基礎(chǔ)設(shè)施所提供的服務(wù)中，商定用戶可以享受什么樣的等級什么樣的帶寬服務(wù)等等。

    SLA完整的定義會復(fù)雜的多，在軟件系統(tǒng)中主要是取了其中的「有效工作時間」部分。只要系統(tǒng)一直能夠提供服務(wù)，我們就可以說系統(tǒng)的可用性是100%，但這只停留在理想中。如果系統(tǒng)每運行100個時間單位，會有1個時間單位無法提供服務(wù)，我們說系統(tǒng)的可用性是99%。貼一張常見的表格圖：

▲圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有

    如今，我們的生活越來越依賴于移動互聯(lián)網(wǎng)的一些應(yīng)用，假設(shè)支付寶掛了幾個小時，這下好了，刷不了卡了、轉(zhuǎn)不了帳了、信用卡也還不了了，慌不慌？

    不過，相對的，還可以投機的理解為，只要我能保證系統(tǒng)在你使用它的時候是可用的，那么對外宣傳也可以是「高可用」的。這也是在互聯(lián)網(wǎng)普及之前，很多企業(yè)的內(nèi)部C/S架構(gòu)的信息系統(tǒng)得以正常使用的原因，比如銀行會在非營業(yè)時間更新他們的系統(tǒng)，所以對于服務(wù)窗口的營業(yè)員來說，系統(tǒng)并沒有不可用，因為那個時候我不需要用它。

 三、做「高可用」的本質(zhì)

        做「高可用」用一句話來概括就是：

更快的發(fā)現(xiàn)故障，更快的隔離故障。

        任何對這2點有幫助的工作就是我們要做的事情。

        做任何事情都有主次之分，做高可用的“主”就是「負載均衡」。

        之前的文章中提到過多次，分布式系統(tǒng)的關(guān)鍵是做冗余，那么讓這些冗余能發(fā)揮「高可用」作用的就是「負載均衡」。所以，這是最基本的，也是邁向「高可用」的第一步，其它的措施都是建立在「負載均衡」之上的。

        「負載均衡」的作用是一個“連接者”，讓上下游之間以我期望的方式“連接”起來。所以，有必要先了解一下這些上下游的全貌，并且從中找到我們要做「負載均衡」的地方。

        分布式系統(tǒng)有各式各樣的架構(gòu)方式，不過本質(zhì)上都是上圖這樣的一個分層架構(gòu)。圖中紅點標記出的地方就是我們需要做「負載均衡」的地方，可以看到，就是每兩層之間的連接處。

        這些連接處在實際做「負載均衡」的時候，需要結(jié)合所處的網(wǎng)絡(luò)層次。因為在不同的網(wǎng)絡(luò)層次有不同的做法。如下圖。

        一般主流的四層負載均衡和七層負載均衡，前者指的就是傳輸層，主要涉及的協(xié)議是TCP、UDP等，后者指的應(yīng)用層，主要涉及的協(xié)議是Http、Https和FTP等。

        用來實現(xiàn)「負載均衡」的解決方案有很多，分為基于硬件或者基于軟件的，比較成熟的諸如：F5（支持四層、七層）、LVS（支持四層）、Nginx（支持七層）等等。

        近些年，隨著Service Mesh的興起，隨著涌現(xiàn)了一大批新一代的「負載均衡」解決方案，如Envoy、Istio、Linkerd、Ribbon等，有興趣的小伙伴們可以自行研究下。

 四、結(jié)語

        這篇先起個步，下篇聊聊有哪些做「負載均衡」的策略，用圖說話。

作者：Zachary（個人×××號：Zachary-ZF）

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