分布式系统关注点——初识「高可用」

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咳咳，从这篇开始，正式拉开分布式系统关注点中，我认为第二重要的内容 —— 「高可用」。

本篇的要点主要是明确「高可用」的定义，以及了解在分布式系统下哪些环节要作「高可用」，为后续要讲的策略、方式方案打下基础。若有1年以上的分布式系统实战经验可酌情选择跳过本篇。

Tips：「高XX」中的“高”实际上是相对的，越知足指望值，就越是“高”的。

1、「高可用」的做用？

首先，统一下对「高可用」的认知。

作个通俗一点的类比：独生子女时代的子女就是“单体应用”，若是出意外了，父母就「失独」了，整个家族的传承就断了，“不可用”了。然而，二胎政策就是经过分布式（冗余）来下降出现这个问题的几率，从而提升“可用性”。

对于「高可用」，专业的解释是：

「高可用」指的是经过尽可能缩短因平常维护操做（计划）和突发的系统崩溃（非计划）所致使的停机时间，以提升系统和应用的可用性。
—— 百度百科

简而言之，无论发生了什么（哪怕是地震、洪水了），可以让用户尽量的无感知，依旧能正常使用系统，也就是越「高可用」的。

为何在「数据一致性」后面就聊「高可用」呢？个人理解是，分布式系统的关键是作冗余，可是冗余的最大敌人倒是「数据一致性」。咱们经过冗余打破了原先的瓶颈，打开了一些新的通道。如，能够去争取更高的可用性、更高的性能等等。可是这其中，属「高可用」最重要。从上面引用中的解释也能够看到，要想尽量的下降停机时间，单体应用的天花板总会更快的到来。就比如让一台电脑永远保持运行是困难的，期间总得更新几回操做系统、忽然出现几回硬件故障，甚至机房的光纤被挖断了！那么这个时候就处于“不可用”状态。

也所以，我认为「高可用」的价值或者说意义，一定是在咱们作分布式系统得到的其它好处之上的，好比「高性能」之类。由于，在必定范围内，所谓的「高性能」其实经过优化单体应用也有可能达到某个指望值，可是「高可用」则必然须要依赖分布式系统才能达到。

2、如何来衡量「高可用」

通常咱们讲到最多的是用Service Level Agrement来衡量高可用指标，简称SLA。不过，其原意表示的是关于网络服务供应商和客户间的一份合同，其中定义了服务类型、服务质量和客户付款等术语，其中还包含除了「有效工做时间」以外的其它概念，如带宽、服务就绪时间（RFSD）、平均故障间隔时间（MTBF）、服务平均恢复时间（MTRS）、平均修理时间（MTTR）等。最初，SLA多用于电信运营商之类的基础设施所提供的服务中，商定用户能够享受什么样的等级什么样的带宽服务等等。

SLA完整的定义会复杂的多，在软件系统中主要是取了其中的「有效工做时间」部分。只要系统一直可以提供服务，咱们就能够说系统的可用性是100%，但这只停留在理想中。若是系统每运行100个时间单位，会有1个时间单位没法提供服务，咱们说系统的可用性是99%。贴一张常见的表格图：

▲图片来源于网络，版权归原做者全部

现在，咱们的生活愈来愈依赖于移动互联网的一些应用，假设支付宝挂了几个小时，这下好了，刷不了卡了、转不了账了、信用卡也还不了了，慌不慌？

不过，相对的，还能够投机的理解为，只要我能保证系统在你使用它的时候是可用的，那么对外宣传也能够是「高可用」的。这也是在互联网普及以前，不少企业的内部C/S架构的信息系统得以正常使用的缘由，好比银行会在非营业时间更新他们的系统，因此对于服务窗口的营业员来讲，系统并无不可用，由于那个时候我不须要用它。

3、作「高可用」的本质

作「高可用」用一句话来归纳就是：

更快的发现故障，更快的隔离故障。

任何对这2点有帮助的工做就是咱们要作的事情。

作任何事情都有主次之分，作高可用的“主”就是「负载均衡」。

以前的文章中提到过屡次，分布式系统的关键是作冗余，那么让这些冗余能发挥「高可用」做用的就是「负载均衡」。因此，这是最基本的，也是迈向「高可用」的第一步，其它的措施都是创建在「负载均衡」之上的。

「负载均衡」的做用是一个“链接者”，让上下游之间以我指望的方式“链接”起来。因此，有必要先了解一下这些上下游的全貌，而且从中找到咱们要作「负载均衡」的地方。

分布式系统有各式各样的架构方式，不过本质上都是上图这样的一个分层架构。图中红点标记出的地方就是咱们须要作「负载均衡」的地方，能够看到，就是每两层之间的链接处。

这些链接处在实际作「负载均衡」的时候，须要结合所处的网络层次。由于在不一样的网络层次有不一样的作法。以下图。

通常主流的四层负载均衡和七层负载均衡，前者指的就是传输层，主要涉及的协议是TCP、UDP等，后者指的应用层，主要涉及的协议是Http、Https和FTP等。

用来实现「负载均衡」的解决方案有不少，分为基于硬件或者基于软件的，比较成熟的诸如：F5（支持四层、七层）、LVS（支持四层）、Nginx（支持七层）等等。

近些年，随着Service Mesh的兴起，随着涌现了一大批新一代的「负载均衡」解决方案，如Envoy、Istio、Linkerd、Ribbon等，有兴趣的小伙伴们能够自行研究下。

4、结语

这篇先起个步，下篇聊聊有哪些作「负载均衡」的策略，用图说话。

做者：Zachary（ 我的微信号：Zachary-ZF）
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