第1章 可靠性，可擴展性，可維護性

第1章 可靠性，可擴展性，可維護性

數據密集型程序：問題一般來自數據量，數據複雜性，以及數據的變動速度。

數據庫：存儲數據，以便本身或其餘應用程序以後能再次找到。

緩存：記住開銷昂貴的操做的結果，加快讀取速度。

搜索索引：容許用戶按關鍵字搜索數據，或以各類方式對數據進行過濾。

流處理：向其餘進程發送消息，進行異步處理。

1.關於數據系統的思考

1.1.可靠性

1.1.1.什麼是可靠性？

系統在發生硬件故障，軟件故障，或人爲錯誤時，任然能夠正常工做。

1.1.2.影響可靠性的因素

a.硬件故障

當集羣足夠大，硬件故障老是會發生，可能存在硬盤崩潰，內存出錯，機房斷點，有人拔錯網線…等等，都會形成硬件不可用的狀態。

b.軟件錯誤

主要有：

• 接收特定的錯誤輸入，致使全部的應用服務器實例崩潰的bug。
• 失控進程會佔用一些共享資源，包括CPU，內存，磁盤空間或網絡帶寬等。
• 級聯故障，一個組件中的小故障觸發另外一個組件中的故障，進而觸發更多的故障。

軟件中的系統故障沒有速藥，可是有不少小辦法：

• 仔細考慮系統中的假設和交互。
• 完全的測試。
• 進程隔離
• 容許進程蹦崩潰並重啓
• 測量，監控並分析生產環境中的系統行爲

c.認爲錯誤

人類是不可靠的。

儘管人類是不可靠的，但怎麼作才能讓系統變得可靠？最好的系統會組合使用一下幾種方法：

• 以最小化犯錯機會的方式設計系統。例如：精心設計的抽象，API和管理後臺使作對事情更容易，搞砸事情更困難。
• 將人們最容易犯錯的地方與可能致使失效的地方解耦。特別是提供一個功能齊全的非生產環境沙箱，令人們能夠在不影響用戶的狀況下，使用真實數據安全地探索和實驗。
• 各層次進行完全的測試，從單元測試，全系統集成測試到手動測試。
• 容許從人爲錯誤中簡單快速地恢復，以最大限度地減小失效狀況帶來的影響。例如：快速回滾配置變動，分批發布新代碼，並提供該數據重算工具。

1.2.可擴展性

1.2.1.什麼是能夠擴展性？

有合理的辦法應對系統的增加(數據量，流量，複雜性)，可擴展性是用來描述系統對應負載均衡增加能力的術語。

討論可擴展性意味着考慮諸如：若是系統以特定方式增加，有什麼選項能夠應對增加？或 如何增長計算資源來處理額外的負載 等問題。

1.2.2.描述負載

負載能夠用一些稱爲「負載參數」的數字來描述。

它多是 每秒向Web服務器發出的請求，數據庫中的讀寫比率，聊天室職中同時活躍的用戶數量，緩存命中率或其餘東西

1.2.3.描述性能

一旦系統的負載被描述好，就能夠研究當前負載增長會發生什麼。咱們能夠從兩個角度來看：

• 增長負載參數並保持系統資源(CPU, 內存，網絡帶寬等)不變時，系統性能將受到什麼影響？
• 增長負載參數並但願保存性能不變時，須要增長多少系統資源？

1.2.4.應對負載的方法

當負載參數增長時，如何保持良好的性能？

兩種擴展思路：縱向擴展（轉向更強大的機器），橫向擴展（將負載分佈到多臺小機器上）。

有些系統是彈性的，這意味着能夠在檢測到負載增長時自動增長計算子資源，而其餘系統則是手動擴展。

1.3.可維護性

什麼是可維護性？

工程師和運維在不一樣的生命週期，都能高效的在系統上工做。

軟件的大部分開銷並不在最初的開發階段，而是在持續的維護階段，包括修復漏洞，保持系統正常運行，調查失效，適配新的平臺，爲新的場景進行修改，償還技術債，添加新的功能等等。

軟件在設計之初，就儘可能考慮可能減小維護期間的痛苦，從而避免本身的軟件系統變成遺留系統，爲此，咱們將特別關注軟件系統的三個設計原則：

• 可操做性

  便於運維團隊保持系統平穩運行。

• 簡單性

  從系統中消除儘量多的複雜度，使新工程師也能輕鬆理解系統。

• 可演化性

  使工程師在將來能輕鬆地對系統進行更改，當需求變化時爲新應用場景作適配，也稱爲可擴展性，可修改性，或可塑性。

1.3.1.可操做性：人生苦短，關愛運維

數據系統能夠經過各類方式使平常任務更輕鬆：

• 經過良好的監控，提供對系統內部狀態和運行時行爲的可見性
• 爲自動化提供良好的支持，將系統與標準化工具相集成。
• 避免依賴單臺機器
• 提供良好的文檔和易於理解的操做模型(若是作X，會發生Y)
• 提供良好的默認行爲，但須要時也須要管理員自由覆蓋默認值。
• 有條件時進行自我修復，但須要時也容許管理員手動控制系統狀態。
• 行爲可預測，最大限度減小意外。

1.3.2.簡單性：管理複雜度

一個陷入複雜泥潭的軟件項目有時被描述爲爛泥譚

由於福再度致使維護困難時，預算和時間安排一般會超支。當開發人員難以理解系統時，隱藏的假設，無心的後果和意外的交互就更容易被忽略。相反，下降複雜度能極大的提升軟件的可維護性，所以簡單性應該是構建系統的一個關鍵目標。

簡化系統並不必定覺得着減小功能：它也能夠意味着消除額外的複雜度。

額外的複雜度指：在具體實現中出現，而非（從用戶視角看，系統所解決的）問題自己固有的複雜度。

用於消除額外複雜度的最好工具之一是抽象。一個好的抽象能夠將大量實現細節影藏在一個乾淨，簡單易懂的外觀下面。

1.3.3.可演化性：擁抱變化

系統的需求永遠不變，基本是不可能的，更真實的是一直處於常態的變化中。

在組織流程上，敏捷工做模式就是爲了適應變化提供的一個框架。

在數據系統層面的敏捷性使用可演化性來替代。