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分布式系统面临的挑战有哪些 分布式系统带来的问题及解答

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摘要:分布式系统建立在网络上,而网络是不可靠的,可能的网络问题包括:网络分割、延时、丢包、乱序等,这些会给分布式系统带来挑战,除此之外,异构的机器与网络、普遍的节点故障也是分布式系统面临的主要挑战之一。分布式系统工作过程中,还会带来一些问题,比如如何找到所需的服务、如何避免雪崩、如何对系统进行监控等。下面一起来看看分布式系统面临的挑战有哪些以及分布式系统带来的问题及解答吧。

一、分布式系统面临的挑战有哪些

分布式系统需要大量机器协作,面临诸多的挑战,其中主要的挑战有:

1、异构的机器与网络

分布式系统中的机器,配置不一样,其上运行的服务也可能由不同的语言、架构实现,因此处理能力也不一样;节点间通过网络连接,而不同网络运营商提供的网络的带宽、延时、丢包率又不一样。怎么保证大家齐头并进,共同完成目标,这是个不小的挑战。

2、普遍的节点故障

虽然单个节点的故障概率较低,但节点数目达到一定规模,出故障的概率就变高了。分布式系统需要保证故障发生的时候,系统仍然是可用的,这就需要监控节点的状态,在节点故障的情况下将该节点负责的计算、存储任务转移到其他节点。

3、不可靠的网络

节点间通过网络通信,而网络是不可靠的。可能的网络问题包括:网络分割、延时、丢包、乱序。相比单机过程调用,网络通信最让人头疼的是超时:节点A向节点B发出请求,在约定的时间内没有收到节点B的响应,那么B是否处理了请求,这个是不确定的,这个不确定会带来诸多问题,最简单的,是否要重试请求,节点B会不会多次处理同一个请求。

总而言之,分布式的挑战来自不确定性,不确定计算机什么时候crash、断电,不确定磁盘什么时候损坏,不确定每次网络通信要延迟多久,也不确定通信对端是否处理了发送的消息。而分布式的规模放大了这个不确定性,不确定性是令人讨厌的,所以有诸多的分布式理论、协议来保证在这种不确定性的情况下,系统还能继续正常工作。

二、分布式系统带来的问题及解答

1、如何找到所需的服务?——服务发现组件

问题描述:线上生产环境中,尤其容器部署情况下服务实例地址(服务器端口)是动态分配的,服务调用者无法提前获取服务实例地址和端口。

解决方案:在服务运行时,通过服务发现组件解析服务名来获取服务实例地址和端口。

2、如何找到实例?——请求分发的策略

问题描述:找到服务器后,还应该确定将当前请求发往服务器的哪一个实例。

解决方案:

(1)如果同一个服务的实例都是完全对等的(无状态),那么按负载均衡策略来处理就足够(随机、轮询、权重、hash、一致性hash、fair等各种策略)。

(2)如果同一个服务的实例不是对等的(有状态),那么需要通过路由服务(元数据服务等)先确定当前要访问的请求数据在哪一个实例上,然后再进行访问。

3、如何避免雪崩?

问题描述:一个故障由于正反馈不断被扩大,从而导致整个系统故障

解决方案:

(1)【快速失败】和【降级机制】:熔断、降级、限流等,通过快速减少系统负载来避免雪崩的发生。

(2)【弹性扩容机制】,通过快速增加系统的服务能力来避免雪崩的发生。

4、如何对系统进行监控?

问题描述:对于一个分布式系统,如果我们不能很清楚地了解内部的状态,那么高可用是没有办法完全保障的。

解决方案:监控系统的各层

(1)【硬件层面】:服务器温度、磁盘RAID阵列等。

(2)【系统层面】:存活状态、CPU、RAM、load负载。

(3)【应用层】:mysql、Nginx、Django、LVS、HAProxy。

(4)【业务层面】:PV、UV、订单。

5、分布式存储如何做数据切片?

问题描述:既然要实现分布式数据库,那么应该如何将数据进行切片?

解决方案:Hash、Consistent Hash和Range Based分片策略。

6、如何设置冗余?如何复制数据?

问题描述:分布式存储的高可用性需要冗余来保证,那么如何做冗余?如何对数据进行复制、更新时保证两份数据的一致性?

解决方案:

(1)【中心化方案】:主从复制、一致性协议(Raft和Paxos)。

(2)【去中心化的方案】:Quorum、Vector Clock。

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