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架构系列-高可用架构

Clicks: 786 Date: 2020-01-30 11:19:32 Power By 李轩Lane

架构

    

一、CAP理论

    准确的定义是:在一个分布式系统中(互相连接并共享数据的节点的集合)中,涉及到读写操作时,只能保证一致性C(客户端读保证得到最新的写结果)、可用性A(返回noerror notimeout)、分区容错性P(出现分区后系统可以继续履职)三个中的两个,必须牺牲另一个。在实际中,无论如何都要满足P,因为如果没有P,在网络故障时,要保重C就必须停止写入,但A要求返回noerror和notimeout,所以A也不满足。网络分区错误类似脑裂、数据同步中断,最坏的情况是主从连接断开,各自成为了独立个体。

二、CAP细节:

    1、CAP:

        (1)CAP关注的是数据,而不是整个系统。比如账号信息是CP,而用户资料是AP。

        (2)CAP是忽略网络延迟的。数据复制是有延迟的,即时在内网也有几毫秒,对于金钱和秒杀类的场景,一致性C是无法完美实现的。但并不是说这类业务不能做分布式,可以把同一用户、同一商品放在同一个机器,同一用户做不了分布式,但是整个业务是个做的,比如根据uid分布在不同机器。

        (3)正常情况下,是可以同时满足CAP的。P强调的是网络分区错误时,CA二选一。但是在网络正常情况下,CAP就可以同时满足。分区故障时,选择CP的,节点1可以注册,节点2不可以注册,可以节点1打日志,恢复注册后同步到节点2,CA同时存在。选择AP的,节点1和节点2是用户两次不同的修改,恢复后可以根据时间优先来进行覆盖,最终达到同时满足AP。

    2、ACID:原子性、一致性(食物开始前和结束后,数据库完整性没有被破会)、隔离性(隔离级别)、持久性(事务提交后就是永久的哪怕发生故障)、和CAP中的AC完全不是相同含义,ACID的C是数据库完整性,A是原子性,指事务要么都完成或都回滚;ACD的C是节点数据一致性,A是读写可用性。

    3、BASE:BA(基本可用)和S(软状态)和E(最终一致性)。是对CAP理论的AP的补充。AP分区时放弃的是网络分区这段时间的一致性,但恢复后最终会一致。

        (1)基本可用:允许损失部分可用性,保证核心可用。如可以不注册,但是要保证登陆,否则影响更大。

        (2)软状态:允许出现中间状态,不影响整体可用性。这种中间状态就是CAP理论的数据不一致。

        (3)最终一致性:数据同步一定是有延迟的,只要保证最终一致性即可。如注册后不超过一分钟可以在各个节点登陆。明星发微博后可以三十分钟内同步到所有用户  

    

三、FMEA方法论:故障模式与影响分析

四、高可用存储-双机架构

    1、主备:简单,但是浪费资源,手动扶正。

    2、主从:主挂后可以继续读,但客户端调用时需要知道谁主谁从。故障后需要人工扶正。

    3、双机切换:在主备和主从上加入了切换功能,数据库自己做还是加入第三方、状态如何传递、如何判定故障、自动还是半自动、是否切换角色。

    4、互链式:主备之间除了数据同步,还要状态同步,可以是网络连接和有线连接等VIP自动飘移。但是这个链接管理是难点,可能出现两个都是主。

    5、中介式:引入第三方,弥补互链式缺点。

    6、模拟式:备机当作客户端访问主机。

    7、主主:客户端任写其一,主主互相同步,不做状态和切换。缺点是主键和数据冲突,如用户id商品库存等无法这么做。

五、高可用存储-集群和分区架构

    1、集群:

        (1)、一主多从多备,多备机都要检测主机状态,通常引入第三方如zookeeper,复杂度变高。

        (2)、多主,数据分散写在不同集群,要考虑均衡性、容错性、伸缩性。

    2、分区:分散在地域机房及以上的级别。如果备份要提供服务,则距离不可太远,否则网络不可靠。

        (1)集中式:北京分区上海分区都备份在西安机房。

        (2)互备式:北京备份在上海,上海备份在广州,广州备份在北京

        (3)独立式:各个分区有各自独立的备份机房。

六、高可用计算

    分为主备。主从。集群。集群分为对称和非对称。对称是执行相同任务,非对称则需要区分任务。非对称集群需要处理分发策略和主机选举策略。计算高可用就是通过冗余来解决单点问题,但存储高可用还有数据一致性、对机器之间同步和状态心跳等问题,更为复杂。

七、业务高可用:异地多活

    1、多活复杂度较高,规模以下企业多备即可

    2、方案:

        (1)同城异区主要应对机房故障。

        (2)异地(北京广州)多活复杂度很大,网络延迟,光缆中断等原因导致金钱等敏感业务是做不了多活的。多活为了高可用,但是数据不一致肯定不可用,这是矛盾的。

        (3)跨国多活:通常只有只读业务,和不同地区为不同客户数据不互通。复杂度不高。

八、异地多活技巧

    同城跨区可以将两机房连起来就像内网一样。跨国面向不同用户提供不同服务复杂度不高。这里主要讨论跨城。复杂度来源主要还是网络延迟和机房异常

    1、保证核心业务和高收入业务:比如登陆,核心业务方案简单。而注册是主要任务,同时异地多活复杂度极高。高收入业务会影响财报和广告主口碑等

    2、最终一致性:同步完成之前,B可以路由回A请求。

    3、对手段同步:mysql只有单线程,redis需要全量rdb文件重新做。同步方式有:异步队列、二次读区、存储系统同步、回源读、重新生成等方式。

    4、只保证大部分用户:异地多活方案无法做到100%。

九、接口级故障:限流

    核心思想是保障核心业务和大部分用户。

  1. 降级:指服务内部处理方案,如关闭注册、看帖不能发帖、应用日志接口。有内部提供URL和独立模块实现的方式。

  2. 熔断:指依赖的其他服务异常。实现的机制是要对对方服务采样统计,设计阈值。

  3. 限流:基于流量限流如1分钟超过一万就丢弃;基于资源限流如负载高低和队列容量等。

  4. 排队:借助队列系统。一号店秒杀方案:排队模块,一个商品一个队列;调度模块,业务服务空闲时出队一个交给业务服务处理;业务模块,真正处理业务的。 

Reply: aimaupo On 2020-05-01 21:31:42

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