大型网站技术架构 核心原理与案例分析阅读笔记3
保障数据的可用性
对许多网站而言，数据是其最宝贵的物质资产，硬件可以购买，软件可以重写，但是多年运营积淀下来的各种数据(用户数据、交易数据、商品数据）一旦失去，对网站的打击可以说是毁灭性的，因此可以说，保护网站的数据就是保护企业的命脉。
不同于高可用的应用和服务，由于数据存储服务器上保存的数据不同，当某台服务器宕机的时候，数据访问请求不能任意切换到集群中其他的机器上。
保证数据存储高可用的手段主要是数据备份和失效转移机制。数据备份是保证数据有多个副本，任意副本的失效都不会导致数据的永久丢失，从而实现数据完全的持久化。而失效转移机制则保证当一个数据副本不可访问时，可以快速切换访问数据的其他副本,保证系统可用。
CAP原理
为了保证数据的高可用，网站通常会牺牲另一个也很重要的指标:数据一致性。高可用的数据有如下几个层面的含义：
数据持久性
在写入数据时需要写入持久性存储，还需要将数据备份一个或多 个副本，存放在不同的物理存储设备上,在某个存储故障或灾害发生时，数据不会丢失。
数据可访问性
在多份数据副本分别存放在不同存储设备的情况下，如果一个数据存储设备损坏，就需要将数据访问切换到另一个数据存储设备上，如果这个过程不能很快完成(终端用户几乎没有感知)，或者在完成过程中需要停止终端用户访问数据，那么这段时间数据是不可访问的。
数据一致性
在数据有多份副本的情况下，如果网络、服务器或者软件出现故障，会导致部分副本写入成功，部分副本写入失败。这就会造成各个副本之间的数据不一致，数据内容冲突。
CAP原理认为，一个提供数据服务的存储系统无法同时满足数据一致性( Consistency).数据可用性( Availibility).分区耐受性( Patition Tolerance, 系统具有跨网络分区的伸缩性)这三个条件。
在大型网站中，为了保证分布式处理系统的高可用性，通常会选择强化分布式存储系统的可用性(A)和伸缩性(P),而在某种程度上放弃一致性(C)。
2012年淘宝“双十一”活动期间，在活动第一分钟就涌入了1000万独立用户访问，这种极端的高并发场景对数据处理系统造成了巨大压力，存储系统较弱的数据一致性导致出现部分商品超卖现象(交易成功的商品数超过了商品库存数)。CAP原理对于可伸缩的分布式系统设计具有重要意义。
数据备份
数据备份是一-种古老而有效的数据保护手段，早期的数据备份手段主要是数据冷备，即定期将数据复制到某种存储介质上并物理存档保管，如果系统存储损坏，那么就从冷备的存储设备中恢复数据。
冷备的优点是简单和廉价，成本和技术难度都较低。缺点是不能保证数据最终一致，由于数据是定期复制，因此备份设备中的数据比系统中的数据陈旧，如果系统数据丢失，那么从上个备份点开始后更新的数据就会永久丢失，不能从备份中恢复。同时也不能保证数据可用性，从冷备存储中恢复数据需要较长的时间，而这段时间无法访问数据，系统也不可用。
因此，数据冷备作为一种传统的数据保护手段，依然在网站日常运维中使用，同时在网站实时在线业务中，还需要进行数据热备，以提供更好的数据可用性。数据热备可分为两种:异步热备方式和同步热备方式。
传统的企业级关系数据库系统几乎都提供了数据实时同步备份的机制。而一开始就为大型网站而设计的各种NoSQL数据库(如HBase)更是将数据备份机制作为产品最主要的功能点之一 。
失效转移
若数据服务器集群中任何一台服务器宕机，那么应用程序针对这台服务器的所有读写操作都需要重新路由到其他服务器，保证数据访问不会失败，这个过程叫作失效转移。
失效转移操作由三部分组成:失效确认、访问转移、数据恢复。
失效确认
判断服务器宕机是系统进行失效转移的第一步，系统确认一台服务器是否宕机的手段有两种:心跳检测和应用程序访问失败报告。
对于应用程序的访问失败报告，控制中心还需要再一次发送心跳检测进行确认，以免错误判断服务器宕机，因为一旦进行数据访问的失效转移，就意味着数据存储多份副本不一致，需要进行后续一系列复杂的操作。
图2 存储服务器失效确认
访问转移
确认某台数据存储服务器宕机后，就需要将数据读写访问重新路由到其他服务器上。对于完全对等存储的服务器(几台存储服务器存储的数据完全一样，我们称几台服务器为对等服务器，比如主从结构的存储服务器，其存储的数据完全一样)，当其中一台宕机后，应用程序根据配置直接切换到对等服务器上。如果存储是不对等的，那么就需要重新计算路由，选择存储服务器。
数据恢复
因为某台服务器宕机，所以数据存储的副本数目会减少，必须将副本的数目恢复到系统设定的值，否则，再有服务器宕机时，就可能出现无法访问转移(所有副本的服务器都宕机了),数据永久丢失的情况。因此系统需要从健康的服务器复制数据，将数据副本数目恢复到设定值。
