網(wǎng)站建設(shè)：Web設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)的四個核心原則

2023-05-21    分類： 網(wǎng)站建設(shè)

Web分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則。開源軟件已經(jīng)成為許多大型網(wǎng)站的基本組成部分，隨著這些網(wǎng)站的逐步壯大，他們的網(wǎng)站架構(gòu)和一些指導(dǎo)原則也出現(xiàn)在開發(fā)者們的面前，給予切實(shí)有用的指導(dǎo)和幫助。本文旨在介紹一些核心問題以及通過構(gòu)建模塊來制作大型網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)終目標(biāo)。

構(gòu)建并運(yùn)營一個可伸縮的Web站點(diǎn)或應(yīng)用程序到底指的是什么？在初，僅是通過互聯(lián)網(wǎng)連接用戶和訪問遠(yuǎn)程資源。
和大多數(shù)事情一樣，當(dāng)構(gòu)建一個Web服務(wù)時，需要提前抽出時間進(jìn)行規(guī)劃。了解大型網(wǎng)站創(chuàng)建背后的注意事項(xiàng)以及權(quán)衡可能會給你帶來更加明智的決策，當(dāng)你在創(chuàng)建小網(wǎng)站時。下面是設(shè)計(jì)大型Web系統(tǒng)時，需要注意的一些核心原則：
1.可用性
2.性能
3.可靠性
4.可擴(kuò)展
5.易管理
6.成本
上面的這些原則給設(shè)計(jì)分布式Web架構(gòu)提供了一定的基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。然而，它們也可能彼此相左，例如實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的代價(jià)是犧牲成本。一個簡單的例子：選擇地址容量，僅通過添加更多的服務(wù)器（可伸縮性），這個可能以易管理（你不得不操作額外的服務(wù)器）和成本作為代價(jià)（服務(wù)器價(jià)格）。
無論你想設(shè)計(jì)哪種類型的Web應(yīng)用程序，這些原則都是非常重要的，甚至這些原則之間也會互相羈絆，做好它們之間的權(quán)衡也非常重要。
一、基礎(chǔ)
當(dāng)涉及到系統(tǒng)架構(gòu)問題時，這幾件事情是必須要考慮清楚的：什么樣的模塊比較合適？如何把它們組合在一起？如何進(jìn)行恰當(dāng)?shù)貦?quán)衡？在擴(kuò)大投資之前，它通常需要的并不是一個精明的商業(yè)命題，然而，一些深謀遠(yuǎn)慮的設(shè)計(jì)可以幫你在未來節(jié)省大量的時間和資源。
討論的重點(diǎn)幾乎是構(gòu)建所有大型Web應(yīng)用程序的核心：服務(wù)、冗余、分區(qū)和故障處理能力。這里的每個因素都會涉及到選擇和妥協(xié)，特別是前面所討論的那些原則。解釋這些核心的佳辦法就是舉例子。
圖片托管應(yīng)用程序
有時，你會在線上傳圖片，而一些大型網(wǎng)站需要托管和傳送大量的圖片，這對于構(gòu)建一個具有成本效益、高可用性并具有低延時（快速檢索）的架構(gòu)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
在一個圖片系統(tǒng)中，用戶可以上傳圖片到一個中央服務(wù)器里，通過網(wǎng)絡(luò)連接或API對這些圖片進(jìn)行請求，就像Flickr或者Picasa。簡單點(diǎn)，我們就假設(shè)這個應(yīng)用程序只包含兩個核心部分：上傳（寫）圖片和檢索圖片。圖片上傳時好能夠做到高效，傳輸速度也是我們關(guān)心的，當(dāng)有人向圖片發(fā)出請求時（例如是一個Web頁面或其他應(yīng)用程序）。這是非常相似的功能，提供Web服務(wù)或內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（一個CDN服務(wù)器可以在許多地方存儲內(nèi)容，所以無論是在地理上還是物理上都更加接近用戶，從而導(dǎo)致更快的性能）邊緣服務(wù)器。
該系統(tǒng)需要考慮的其他重要方面：
1.圖片存儲的數(shù)量是沒有限制的，所以存儲應(yīng)具備可伸縮，另外圖片計(jì)算也需要考慮
2.下載/請求需要做到低延遲
3.用戶上傳一張圖片，那么圖片就應(yīng)該始終在那里（圖片數(shù)據(jù)的可靠性）
4.系統(tǒng)應(yīng)該易于維護(hù)（易管理）
5.由于圖片托管不會有太高的利潤空間，所以系統(tǒng)需要具備成本效益
二、 服務(wù)
當(dāng)我們考慮構(gòu)建可伸縮的系統(tǒng)時，它應(yīng)有助于解耦功能，系統(tǒng)的每個部分都可以作為自己的服務(wù)并且擁有清晰的接口定義。在實(shí)踐中，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)被稱作面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）。對于此類系統(tǒng)，每個服務(wù)都有它自己的獨(dú)特功能，通過一個抽象接口可以與外面的任何內(nèi)容進(jìn)行互動，通常是面向公眾的另一個服務(wù)API。
把系統(tǒng)分解成一組互補(bǔ)性的服務(wù)，在互相解耦這些操作塊。這種抽象有助于在服務(wù)、基本環(huán)境和消費(fèi)者服務(wù)之間建立非常清晰的關(guān)系。這種分解可以有效地隔離問題，每個塊也可以互相伸縮。這種面向服務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)非常相似。
快進(jìn)并假設(shè)服務(wù)正在大量使用；在這種情況下，很容易看到寫圖片的時間對讀圖片時間有多大影響（他們兩個功能在彼此競爭共享資源）。根據(jù)各自體系，這種影響會是巨大的。即使上傳和下載速度相同（這是不可能的，對于大多數(shù)的IP網(wǎng)絡(luò)來說，下載速度：上傳速度至少是3:1），通常，文件可以從緩存中讀取，而寫入，終是寫到磁盤中（也許在終一致的情況下，可以被多寫幾次）。即使是從緩存或者磁盤（類似SSD）中讀取，數(shù)據(jù)寫入都會比讀慢（Pole Position，一個開源DB基準(zhǔn)的開源工具和結(jié)果）。
這種設(shè)計(jì)的另一個潛在問題是像Apache或者Lighttpd這些Web服務(wù)器通常都會有一個并發(fā)連接數(shù)上限（默認(rèn)是500，但也可以更多），這可能會花費(fèi)高流量，寫可能會迅速消掉所有。既然讀可以異步或利用其他性能優(yōu)化，比如gzip壓縮或分塊傳輸代碼，Web服務(wù)可以快速切換讀取和客戶端來服務(wù)于更多的請求，超過每秒的成都接數(shù)（Apache的成都接數(shù)設(shè)置為500，這種情況并不常見，每秒可以服務(wù)幾千個讀取請求）。另一方面，寫通常傾向于保持一個開放的鏈接進(jìn)行持續(xù)上傳，所以，使用家庭網(wǎng)絡(luò)上傳一個1 MB的文件花費(fèi)的時間可能會超過1秒，所以，這樣的服務(wù)器只能同時滿足500個寫請求。
當(dāng)然，如果你有兩個不同的端點(diǎn)，上面的例子可能會運(yùn)行的很好（事實(shí)上，這非常類似于幾個云存儲供應(yīng)商之間的實(shí)現(xiàn)和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）。雖然有很多種方法可以解決這些瓶頸，但每個人都會有不同的權(quán)衡，所以采用適合你的方法才是重要的。
當(dāng)談到這些系統(tǒng)時，其實(shí)并沒有非常正確的答案，但有助于我們回到文章開始處的原則上看問題。確定系統(tǒng)需求（大量的讀或?qū)懟蛘邇蓚€都進(jìn)行、級別并發(fā)、跨數(shù)據(jù)查詢、范圍、種類等等），選擇不同的基準(zhǔn)、理解系統(tǒng)是如何出錯的并且對以后的故障發(fā)生情況做些扎實(shí)的計(jì)劃。
三、冗余
為了可以正確處理錯誤，一個Web架構(gòu)的服務(wù)和數(shù)據(jù)必須具備適當(dāng)?shù)娜哂?。例如，如果只有一個副本文件存儲在這臺單獨(dú)的服務(wù)器上，那么如果這臺服務(wù)器出現(xiàn)問題或丟失，那么該文件也隨即一起丟失。丟失數(shù)據(jù)并不是什么好事情，避免數(shù)據(jù)丟失的常用方法就是多創(chuàng)建幾個文件或副本或冗余。
同樣也適用于服務(wù)器。如果一個應(yīng)用程序有個核心功能，應(yīng)確保有多個副本或版本在同時運(yùn)行，這樣可以避免單節(jié)點(diǎn)失敗。
在系統(tǒng)中創(chuàng)建冗余，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生危機(jī)時，如果需要，可以消除單點(diǎn)故障并提供備份或備用功能。例如，這里有兩個相同的服務(wù)示例在生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行，如果其中一個發(fā)生故障或者降低，那么該系統(tǒng)容錯轉(zhuǎn)移至那個健康的副本上。容錯轉(zhuǎn)移可以自動發(fā)生也可以手動干預(yù)。
服務(wù)冗余的另一重要組成部分是創(chuàng)建一個無共享架構(gòu)。在這種體系結(jié)構(gòu)中，每個節(jié)點(diǎn)都能相互獨(dú)立運(yùn)行，并且沒有所謂的中央“大腦”管理狀態(tài)或協(xié)調(diào)活動其他節(jié)點(diǎn)。這對系統(tǒng)的可擴(kuò)展幫助很大，因?yàn)樾鹿?jié)點(diǎn)在沒有特殊要求或知識的前提下被添加。然而，重要的是，這些系統(tǒng)是沒有單點(diǎn)故障的，所以失敗的彈性就更大。
例如在我們的圖片服務(wù)器應(yīng)用程序中，所有的圖片在另一個硬件上都有冗余副本（理想情況下是在不同的地理位置，避免在數(shù)據(jù)中心發(fā)生一些火災(zāi)、地震等自然事故），服務(wù)去訪問圖片將被冗余，所有潛在的服務(wù)請求。
四、分區(qū)
數(shù)據(jù)集有可能非常大，無法安裝在一臺服務(wù)器上。也有可能這樣，某操作需要太多的計(jì)算資源、性能降低并且有必要增加容量。在這兩種情況下，你有兩種選擇：縱向擴(kuò)展或橫向擴(kuò)展。
縱向擴(kuò)展意味著在單個服務(wù)器上添加更多的資源。所以，對于一個非常大的數(shù)據(jù)集來說，這可能意味著添加更多（或更大）的硬件設(shè)備，來使一臺服務(wù)器能容下整個數(shù)據(jù)集。在計(jì)算操作下，這可能意味著移動計(jì)算到一個更大的服務(wù)器上，擁有更快的CPU或更大的內(nèi)存。在各種情況下，縱向擴(kuò)展可以通過提升單個資源的處理能力來完成。
橫向擴(kuò)展在另一方面是添加更多的節(jié)點(diǎn)，在大數(shù)據(jù)集下，這可能會使用第二服務(wù)器來存儲部分?jǐn)?shù)據(jù)集，對于計(jì)算資源來說，這意味著分割操作或跨節(jié)點(diǎn)加載。為了充分利用橫向擴(kuò)展，它應(yīng)作為一種內(nèi)在的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則，否則修改或拆分操作將會非常麻煩。
當(dāng)談到橫向擴(kuò)展時，常見的做法是把服務(wù)進(jìn)行分區(qū)或碎片。分區(qū)可以被派發(fā)，這樣每個邏輯組的功能就是獨(dú)立的?？梢酝ㄟ^地理界限或其他標(biāo)準(zhǔn)，如非付費(fèi)與付費(fèi)用戶來完成分區(qū)。這些方案的優(yōu)點(diǎn)是他們會隨著容量的增加提供一個服務(wù)或數(shù)據(jù)存儲。
在我們的圖片服務(wù)器案例中，用來存儲圖片的單個文件服務(wù)器可能被多個文件服務(wù)器取代，每個里面都會包含一套自己獨(dú)特的圖像。這種架構(gòu)將允許系統(tǒng)來填充每一個文件/圖片服務(wù)器，當(dāng)磁盤填滿時會添加額外的服務(wù)器。這樣的設(shè)計(jì)需要一個命名方案，用來捆綁圖片文件名到其相應(yīng)的服務(wù)器上。圖像名字可以形成一個一致的哈希方案并映射到整個服務(wù)器上；或者給每張圖片分配一個增量ID，當(dāng)客戶端對圖片發(fā)出請求時，圖片檢索服務(wù)只需要檢索映射到每個服務(wù)器上（例如索引）的ID。
當(dāng)然，跨越多個服務(wù)器對數(shù)據(jù)或功能進(jìn)行分區(qū)還是有許多挑戰(zhàn)的。其中的關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)本地化。在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)操作或計(jì)算點(diǎn)越接近，系統(tǒng)性能就會越好。因此，它也可能是個潛在問題，當(dāng)數(shù)據(jù)分散在多個服務(wù)器上時。有時數(shù)據(jù)不是在本地，那么就要迫使服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)來獲取所需的信息，這個獲取的過程就會設(shè)計(jì)到成本。
另一潛在問題是不一致。當(dāng)這里有多個服務(wù)對一個共享資源執(zhí)行讀寫操作時，潛在可能會有另一個服務(wù)器或數(shù)據(jù)存儲參與進(jìn)來，作為競選條件——一些數(shù)據(jù)需要更新，但是讀的優(yōu)先級高于更新——在這種情況下，數(shù)據(jù)就是不一致的。例如在圖片托管方案中，有可能出現(xiàn)的不一致是：如果一個客戶端發(fā)送更新“狗”圖片請求，進(jìn)行重新命名，把“Dog”改成“Gizmo”，但同時，另一個客戶端正在讀這張圖片。在這種情況下，標(biāo)題就是不清楚的。“Dog”或“Gizmo”應(yīng)該被第二個客戶端接收。
當(dāng)然，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分區(qū)時會產(chǎn)生一些障礙，但是分區(qū)允許把每個問題拆分到管理群里——通過數(shù)據(jù)、負(fù)載、使用模式等。這樣對可擴(kuò)展和易管理都是有幫助的，但也不是沒有風(fēng)險(xiǎn)的。這里有很多方式來降低風(fēng)險(xiǎn)和故障處理；然而，為了簡便起見，并未在本文中詳細(xì)說明，如果你有興趣，可以訪問我的博客。
總結(jié)
以上介紹的都是設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)需要考慮的核心要素?？捎眯?、性能、可靠性、可擴(kuò)展、易管理、成本這幾個原則非常重要，但在實(shí)際應(yīng)用中可能會以犧牲某個原則來實(shí)現(xiàn)另外一個原則，在這個過程中就要做好權(quán)衡工作，做到因時制宜。

網(wǎng)頁名稱：網(wǎng)站建設(shè)：Web設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)的四個核心原則
標(biāo)題網(wǎng)址：http://www.bm7419.com/news45/260395.html

成都網(wǎng)站建設(shè)公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供網(wǎng)站維護(hù)、移動網(wǎng)站建設(shè)、做網(wǎng)站、App設(shè)計(jì)、標(biāo)簽優(yōu)化、響應(yīng)式網(wǎng)站

廣告

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請盡快告知，我們將會在第一時間刪除。文章觀點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時需注明來源： 創(chuàng)新互聯(lián)

成都網(wǎng)站建設(shè)