分佈式系統關注點——初識「高可用」

本文長度爲 2042字，預計讀完需 1.0MB流量，建議閱讀 6分鐘。
tips：全部「」包裹的文字，只對第一次出現進行紅色高亮顯示。

咳咳，從這篇開始，正式拉開分佈式系統關注點中，我認爲第二重要的內容 —— 「高可用」。

本篇的要點主要是明確「高可用」的定義，以及瞭解在分佈式系統下哪些環節要作「高可用」，爲後續要講的策略、方式方案打下基礎。若有1年以上的分佈式系統實戰經驗可酌情選擇跳過本篇。

Tips：「高XX」中的「高」實際上是相對的，越知足指望值，就越是「高」的。

1、「高可用」的做用？

首先，統一下對「高可用」的認知。

作個通俗一點的類比：獨生子女時代的子女就是「單體應用」，若是出意外了，父母就「失獨」了，整個家族的傳承就斷了，「不可用」了。然而，二胎政策就是經過分佈式（冗餘）來下降出現這個問題的機率，從而提升「可用性」。

對於「高可用」，專業的解釋是：

「高可用」指的是經過儘可能縮短因平常維護操做（計劃）和突發的系統崩潰（非計劃）所致使的停機時間，以提升系統和應用的可用性。
—— 百度百科

簡而言之，無論發生了什麼（哪怕是地震、洪水了），可以讓用戶儘量的無感知，依舊能正常使用系統，也就是越「高可用」的。

爲何在「數據一致性」後面就聊「高可用」呢？個人理解是，分佈式系統的關鍵是作冗餘，可是冗餘的最大敵人倒是「數據一致性」。咱們經過冗餘打破了原先的瓶頸，打開了一些新的通道。如，能夠去爭取更高的可用性、更高的性能等等。可是這其中，屬「高可用」最重要。從上面引用中的解釋也能夠看到，要想盡量的下降停機時間，單體應用的天花板總會更快的到來。就比如讓一臺電腦永遠保持運行是困難的，期間總得更新幾回操做系統、忽然出現幾回硬件故障，甚至機房的光纖被挖斷了！那麼這個時候就處於「不可用」狀態。

也所以，我認爲「高可用」的價值或者說意義，一定是在咱們作分佈式系統得到的其它好處之上的，好比「高性能」之類。由於，在必定範圍內，所謂的「高性能」其實經過優化單體應用也有可能達到某個指望值，可是「高可用」則必然須要依賴分佈式系統才能達到。

2、如何來衡量「高可用」

通常咱們講到最多的是用Service Level Agrement來衡量高可用指標，簡稱SLA。不過，其原意表示的是關於網絡服務供應商和客戶間的一份合同，其中定義了服務類型、服務質量和客戶付款等術語，其中還包含除了「有效工做時間」以外的其它概念，如帶寬、服務就緒時間（RFSD）、平均故障間隔時間（MTBF）、服務平均恢復時間（MTRS）、平均修理時間（MTTR）等。最初，SLA多用於電信運營商之類的基礎設施所提供的服務中，商定用戶能夠享受什麼樣的等級什麼樣的帶寬服務等等。

SLA完整的定義會複雜的多，在軟件系統中主要是取了其中的「有效工做時間」部分。只要系統一直可以提供服務，咱們就能夠說系統的可用性是100%，但這隻停留在理想中。若是系統每運行100個時間單位，會有1個時間單位沒法提供服務，咱們說系統的可用性是99%。貼一張常見的表格圖：

▲圖片來源於網絡，版權歸原做者全部

現在，咱們的生活愈來愈依賴於移動互聯網的一些應用，假設支付寶掛了幾個小時，這下好了，刷不了卡了、轉不了賬了、信用卡也還不了了，慌不慌？

不過，相對的，還能夠投機的理解爲，只要我能保證系統在你使用它的時候是可用的，那麼對外宣傳也能夠是「高可用」的。這也是在互聯網普及以前，不少企業的內部C/S架構的信息系統得以正常使用的緣由，好比銀行會在非營業時間更新他們的系統，因此對於服務窗口的營業員來講，系統並無不可用，由於那個時候我不須要用它。

3、作「高可用」的本質

作「高可用」用一句話來歸納就是：

更快的發現故障，更快的隔離故障。

任何對這2點有幫助的工做就是咱們要作的事情。

作任何事情都有主次之分，作高可用的「主」就是「負載均衡」。

以前的文章中提到過屢次，分佈式系統的關鍵是作冗餘，那麼讓這些冗餘能發揮「高可用」做用的就是「負載均衡」。因此，這是最基本的，也是邁向「高可用」的第一步，其它的措施都是創建在「負載均衡」之上的。

「負載均衡」的做用是一個「鏈接者」，讓上下游之間以我指望的方式「鏈接」起來。因此，有必要先了解一下這些上下游的全貌，而且從中找到咱們要作「負載均衡」的地方。

分佈式系統有各式各樣的架構方式，不過本質上都是上圖這樣的一個分層架構。圖中紅點標記出的地方就是咱們須要作「負載均衡」的地方，能夠看到，就是每兩層之間的鏈接處。

這些鏈接處在實際作「負載均衡」的時候，須要結合所處的網絡層次。由於在不一樣的網絡層次有不一樣的作法。以下圖。

通常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，主要涉及的協議是TCP、UDP等，後者指的應用層，主要涉及的協議是Http、Https和FTP等。

用來實現「負載均衡」的解決方案有不少，分爲基於硬件或者基於軟件的，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，隨着Service Mesh的興起，隨着涌現了一大批新一代的「負載均衡」解決方案，如Envoy、Istio、Linkerd、Ribbon等，有興趣的小夥伴們能夠自行研究下。

4、結語

這篇先起個步，下篇聊聊有哪些作「負載均衡」的策略，用圖說話。

做者：Zachary（ 我的微信號：Zachary-ZF）
微信公衆號（首發）： 跨界架構師。<-- 點擊查閱近期熱門文章
按期發表原創內容： 架構設計丨分佈式系統丨產品丨運營丨一些深度思考。
掃碼加入小圈子 ↓