在分布式系統(tǒng)中，經(jīng)常會碰到的技術(shù)名詞一般有多副本、數(shù)據(jù)分區(qū)、一致性算法、事務(wù)等，這些技術(shù)在分布式系統(tǒng)設(shè)計中都是非常重要的，CEOPA想通過本文對分布式系統(tǒng)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)解決的問題，希望能夠幫到大家。

       指的是在任何情況下，系統(tǒng)正常工作的能力。如果一個系統(tǒng)在發(fā)生任何異常時，都能正常的工作，那么系統(tǒng)是完全可靠的。現(xiàn)實中，異常種類很多，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)生時快速恢復(fù)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

       硬件異常種類很多，硬盤，電源等任意一個部件的損壞，都可能導(dǎo)致服務(wù)器不能正常的工作。通常這類異常難以避免，但是，我們可以通過一些技術(shù)手段來實現(xiàn)異常發(fā)生后的快速恢復(fù)，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。
       從硬件角度來講，我們可以通過單機冗余多份硬件，當其中某個硬件發(fā)生異常時，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(shù)據(jù)中心級的故障是沒有作用的；
       從軟件角度來講，我們可以通過多副本(Replication)來實現(xiàn)快速恢復(fù)，當某臺服務(wù)器硬件異常時，可以在軟件層面將流量導(dǎo)入到新的副本上(實際上也有硬件冗余，但這種方式更為靈活)。
       除了Replication之外，有時候為了減少單臺服務(wù)器故障對所有用戶的影響，可以對用戶數(shù)據(jù)做分區(qū)（Partition）。單臺服務(wù)器只存某一部分用戶的數(shù)據(jù)，這樣單機故障就只會影響一部分用戶了。引入多副本（Replication）后，如何保證多副本的數(shù)據(jù)的一致性又成了一個問題。Paxos和Raft算法就是為了解決這類問題。

軟件異常

       軟件異常一般指的是系統(tǒng)的bug，這里面不僅包括自己寫的系統(tǒng)的bug，也包括依賴的服務(wù)系統(tǒng)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，也需要有快速恢復(fù)的手段，通常有三種方法：
1. 通過調(diào)整軟件已有的配置參數(shù)，規(guī)避問題
2. 重啟軟件或者依賴的服務(wù)，消除異常狀態(tài)
3. 直接修復(fù)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，都是由人來管理的，但人是會犯錯誤的，有時候會執(zhí)行錯誤的命令導(dǎo)致系統(tǒng)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(shù)據(jù)了。在這種情況下為了能快速地恢復(fù)，通常也是采用多副本（Replication）的思路，來避免問題。

擴展性

       系統(tǒng)的工作負載通常不是一成不變的，當工作負載增加時，往往可以通過增加機器資源來保持性能不變。需要增加機器數(shù)量的多少是由系統(tǒng)的擴展性來決定的，擴展性越好的系統(tǒng)，需要增加的機器資源越少。
       最完美的擴展性是線性擴展性，即工作負載擴大為原來N倍的時候，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有擴展性，即工作負載擴大為原來N倍時，即使加再多的機器，也無法保持性能和原來一樣。
       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(xiàn)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)點是對業(yè)務(wù)是無影響的，缺點是更好的機器是很貴的。通常是一分錢一分貨，而十分錢只能買到兩分貨，且現(xiàn)實中總有單機裝不下的數(shù)據(jù)量，此時垂直擴展自然就無法實施了。
       對于水平擴展，通常需要軟件層面的配合。對于無狀態(tài)的系統(tǒng)，通常只要在新加的機器上部署上需要擴展的系統(tǒng)；對于有狀態(tài)的系統(tǒng)，一般指的是存儲系統(tǒng)，通常會將數(shù)據(jù)分區(qū)Partition。這樣新加的機器才能通過遷移Partition的方式，從老的機器上遷移數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的工作負載出來。水平擴展的優(yōu)點是使用的都是相對廉價的服務(wù)器，能節(jié)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(tǒng)是否能夠長久的發(fā)展，一個可維護性不好的系統(tǒng)，會給運維和開發(fā)人員帶來很多不便。對于運維人員來講，可維護性指的是系統(tǒng)是否支持常用的運維手段，良好的文檔等等。而對于開發(fā)人員來講，主要分為內(nèi)核開發(fā)以及使用該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開發(fā)，對于業(yè)務(wù)開發(fā)，維護性指的是系統(tǒng)是否有良好的接口，方便業(yè)務(wù)使用。