在分布式系統中，經(jīng)常會(huì )碰到的技術(shù)名詞一般有多副本、數據分區、一致性算法、事務(wù)等，這些技術(shù)在分布式系統設計中都是非常重要的，CEOPA想通過(guò)本文對分布式系統的可靠性、可擴展性和可維護性特性的討論，描述這些技術(shù)解決的問(wèn)題，希望能夠幫到大家。

       指的是在任何情況下，系統正常工作的能力。如果一個(gè)系統在發(fā)生任何異常時(shí)，都能正常的工作，那么系統是完全可靠的?，F實(shí)中，異常種類(lèi)很多，有的往往難以事先避免，因此，了解可能的異常并分析如何在異常發(fā)生時(shí)快速恢復是非常重要的。一般地，異常包括硬件異常，軟件異常和人為異常。

硬件異常

       硬件異常種類(lèi)很多，硬盤(pán)，電源等任意一個(gè)部件的損壞，都可能導致服務(wù)器不能正常的工作。通常這類(lèi)異常難以避免，但是，我們可以通過(guò)一些技術(shù)手段來(lái)實(shí)現異常發(fā)生后的快速恢復，不管是從軟件角度還是硬件角度，基本的解決思路都是冗余。
       從硬件角度來(lái)講，我們可以通過(guò)單機冗余多份硬件，當其中某個(gè)硬件發(fā)生異常時(shí)，可以快速地用好的硬件替換掉故障的硬件，這種方式的硬件冗余對于數據中心級的故障是沒(méi)有作用的；
       從軟件角度來(lái)講，我們可以通過(guò)多副本(Replication)來(lái)實(shí)現快速恢復，當某臺服務(wù)器硬件異常時(shí)，可以在軟件層面將流量導入到新的副本上(實(shí)際上也有硬件冗余，但這種方式更為靈活)。
       除了Replication之外，有時(shí)候為了減少單臺服務(wù)器故障對所有用戶(hù)的影響，可以對用戶(hù)數據做分區（Partition）。單臺服務(wù)器只存某一部分用戶(hù)的數據，這樣單機故障就只會(huì )影響一部分用戶(hù)了。引入多副本（Replication）后，如何保證多副本的數據的一致性又成了一個(gè)問(wèn)題。Paxos和Raft算法就是為了解決這類(lèi)問(wèn)題。

軟件異常

       軟件異常一般指的是系統的bug，這里面不僅包括自己寫(xiě)的系統的bug，也包括依賴(lài)的服務(wù)系統的bug。軟件異常同樣也是不能完全避免的，因此，在發(fā)生軟件異常時(shí)，也需要有快速恢復的手段，通常有三種方法：
1. 通過(guò)調整軟件已有的配置參數，規避問(wèn)題
2. 重啟軟件或者依賴(lài)的服務(wù)，消除異常狀態(tài)
3. 直接修復bug，并升級版本

人為異常

       不管是軟件本身，還是軟件所運行的服務(wù)器，都是由人來(lái)管理的，但人是會(huì )犯錯誤的，有時(shí)候會(huì )執行錯誤的命令導致系統不能正常工作，其中比較致命的錯誤可能就是刪掉某臺服務(wù)器的數據了。在這種情況下為了能快速地恢復，通常也是采用多副本（Replication）的思路，來(lái)避免問(wèn)題。

擴展性

       系統的工作負載通常不是一成不變的，當工作負載增加時(shí)，往往可以通過(guò)增加機器資源來(lái)保持性能不變。需要增加機器數量的多少是由系統的擴展性來(lái)決定的，擴展性越好的系統，需要增加的機器資源越少。
       最完美的擴展性是線(xiàn)性擴展性，即工作負載擴大為原來(lái)N倍的時(shí)候，只需要加N倍的機器，就能夠保持性能不變，最差的擴展性則是沒(méi)有擴展性，即工作負載擴大為原來(lái)N倍時(shí)，即使加再多的機器，也無(wú)法保持性能和原來(lái)一樣。
       擴展通常是兩種思路，一是垂直擴展，即使用更好的機器替換現有的機器，二是水平擴展，即使用更多的機器。
       對于垂直擴展，其優(yōu)點(diǎn)是對業(yè)務(wù)是無(wú)影響的，缺點(diǎn)是更好的機器是很貴的。通常是一分錢(qián)一分貨，而十分錢(qián)只能買(mǎi)到兩分貨，且現實(shí)中總有單機裝不下的數據量，此時(shí)垂直擴展自然就無(wú)法實(shí)施了。
       對于水平擴展，通常需要軟件層面的配合。對于無(wú)狀態(tài)的系統，通常只要在新加的機器上部署上需要擴展的系統；對于有狀態(tài)的系統，一般指的是存儲系統，通常會(huì )將數據分區Partition。這樣新加的機器才能通過(guò)遷移Partition的方式，從老的機器上遷移數據以及對應的工作負載出來(lái)。水平擴展的優(yōu)點(diǎn)是使用的都是相對廉價(jià)的服務(wù)器，能節約成本，但在軟件層面需要做大量的工作，包括Partition的管理，遷移，負載均衡等。

可維護性

       可維護性的好壞決定了系統是否能夠長(cháng)久的發(fā)展，一個(gè)可維護性不好的系統，會(huì )給運維和開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)很多不便。對于運維人員來(lái)講，可維護性指的是系統是否支持常用的運維手段，良好的文檔等等。而對于開(kāi)發(fā)人員來(lái)講，主要分為內核開(kāi)發(fā)以及使用該系統的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)，對于業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)，維護性指的是系統是否有良好的接口，方便業(yè)務(wù)使用。