分布式系统架构(二)

Feb 6, 2019

分布式系统架构实际上为了完成以下事情:

  • 大流量处理

通过集群技术把大规模并发请求的负载分散到不同的机器上。

  • 关键业务保护

提高后台服务的可用性,把故障隔离起来阻止多米诺骨牌效应(雪崩效应)。如果流量过大,需要对业务降级,以保护关键业务流转。

提高系统性能的常用技术:

  • 缓存系统

加入缓存系统,可以有效地提高系统的访问能力。从前端的浏览器,到网络,再到后端的服务,底层的数据库、文件系统、硬盘和 CPU,全都有缓存,这是提高快速访问能力最有效的手段。对于分布式系统下的缓存系统,需要的是一个缓存集群。这其中需要一个 Proxy 来做缓存的分片和路由。

  • 负载均衡系统

负载均衡系统是水平扩展的关键技术,它可以使用多台机器来共同分担一部分流量请求。

  • 异步调用

异步系统主要通过消息队列来对请求做排队处理,这样可以把前端的请求的峰值给“削平”了,而后端通过自己能够处理的速度来处理请求。这样可以增加系统的吞吐量,但是实时性就差很多了。同时,还会引入消息丢失的问题,所以要对消息做持久化,这会造成“有状态”的结点,从而增加了服务调度的难度。

  • 数据分区和数据镜像

数据分区是把数据按一定的方式分成多个区(比如通过地理位置),不同的数据区来分担不同区的流量。这需要一个数据路由的中间件,会导致跨库的 Join 和跨库的事务非常复杂。而数据镜像是把一个数据库镜像成多份一样的数据,这样就不需要数据路由的中间件了。你可以在任意结点上进行读写,内部会自行同步数据。然而,数据镜像中最大的问题就是数据的一致性问题。

在初期,会使用读写分离的数据镜像方式,而后期会采用分库分表的方式。

提升系统架构的稳定性:

  • 服务拆分

服务拆分主要有两个目的:一是为了隔离故障,二是为了重用服务模块。但服务拆分完之后,会引入服务调用间的依赖问题。

  • 服务冗余

服务冗余是为了去除单点故障,并可以支持服务的弹性伸缩,以及故障迁移。然而,对于一些有状态的服务来说,冗余这些有状态的服务带来了更高的复杂性。其中一个是弹性伸缩时,需要考虑数据的复制或是重新分片,迁移的时候还要迁移数据到其它机器上。

  • 限流降级

当系统实在扛不住压力时,只能通过限流或者功能降级的方式来停掉一部分服务,或是拒绝一部分用户,以确保整个架构不会挂掉。这些技术属于保护措施。

  • 高可用架构

通常来说高可用架构是从冗余架构的角度来保障可用性。比如,多租户隔离,灾备多活,或是数据可以在其中复制保持一致性的集群。总之,就是为了不出单点故障。

  • 高可用运维

高可用运维指的是 DevOps 中的 CI/CD(持续集成 / 持续部署)。一个良好的运维应该是一条很流畅的软件发布管线,其中做了足够的自动化测试,还可以做相应的灰度发布,以及对线上系统的自动化控制。这样,可以做到“计划内”或是“非计划内”的宕机事件的时长最短。

分布式系统的关键技术:

  • 服务治理

服务拆分、服务调用、服务发现、服务依赖、服务的关键度定义……服务治理的最大意义是需要把服务间的依赖关系、服务调用链,以及关键的服务给梳理出来,并对这些服务进行性能和可用性方面的管理。

  • 架构软件管理

服务之间有依赖,而且有兼容性问题,所以,整体服务所形成的架构需要有架构版本管理、整体架构的生命周期管理,以及对服务的编排、聚合、事务处理等服务调度功能。

  • DevOps

分布式系统可以更为快速地更新服务,但是对于服务的测试和部署都会是挑战。所以,还需要 DevOps 的全流程,其中包括环境构建、持续集成、持续部署等。

  • 自动化运维

有了 DevOps 后,我们就可以对服务进行自动伸缩、故障迁移、配置管理、状态管理等一系列的自动化运维技术了。

  • 资源调度管理

应用层的自动化运维需要基础层的调度支持,也就是云计算 IaaS 层的计算、存储、网络等资源调度、隔离和管理。

  • 整体架构监控

如果没有一个好的监控系统,那么自动化运维和资源调度管理只可能成为一个泡影,因为监控系统是你的眼睛。没有眼睛,没有数据,就无法进行高效的运维。所以说,监控是非常重要的部分。这里的监控需要对三层系统(应用层、中间件层、基础层)进行监控。

  • 流量控制

最后是我们的流量控制,负载均衡、服务路由、熔断、降级、限流等和流量相关的调度都会在这里,包括灰度发布之类的功能也在这里。

总体而言,分布式系统的5个关键技术:

  • 全栈系统监控
  • 服务 / 资源调度
  • 流量调度
  • 状态 / 数据调度
  • 开发和运维的自动化
开发和运维的自动化,是需要把前四项都做到了,才有可能实现的

所以最关键的是下面的四项技术:

(完)

参考

23 | 分布式系统的技术栈-极客时间
做分布式系统最大的坑就是,需要具备一个成本巨高无比的技术栈,看着就都头晕。要投入大量的人力、物力和时间才能实现。

毛俊

探索,热爱,分享。

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