2023-分布式学习记录4

作者：@kuaiquxie
作者的github：https://github.com/bitebita
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分布式系统：

一个分布式系统由多个通过网络互联的独立自治的计算节点组成，这些计算节点基于消息传递机制进行相互协作，以完成共同的目标。

理解分布式系统定义的要点：

1. 计算节点：分布式计算的基本计算单元，可以是单个计算机，也可以是单个进程、线程或虚拟机。
2. 网络互联：节点间通过网络进行消息传递，以实现同步协作。
3. 独立自治：每个计算节点都是独立的，不同节点的动作是同时进行的。
4. 相互协作以完成共同目标
5. 消息传递

分布式系统的优点：

• 提高计算能力
• 提高存储能力
• 提高网络吞吐能力（并发访问能力）
• 提高可靠性（解决局部失效问题）
• 提高安全性（解决被局部攻击问题）
• 提高可扩展性（解决瓶颈问题）
• 实现资源共享
• 实现跨越时空的协同服务（发挥不同节点的优势）

两种模型

消息传递模型：节点间没有公共状态，需要通过相互通信进行协作；影响效率的主要因素是通信复杂度

共享内存模型：不同节点间通过共享存储器共享公共状态，通过共享公共状态进行通信

传统并行计算采用共享内存模型，分布式计算采用消息传递模型。

衡量分布式系统优劣的特性

• 可扩展性/可伸缩性
• 垂直可扩展性
• 水平可扩展性
• 容错性
• 可用性
• 可恢复性
• 透明性
• 开放性
• 安全性
• 可维护性

分布式一致性

通过数据库备份问题来理解：

大型数据库系统一般采用一主多备的模型进行数据备份，即一个主节点，多个备份节点，且只有主节点数据库接收写入请求，由主节点向备份节点发送数据更新命令。

这种模式的优点：

• 解决数据库备份的问题，提升可靠性。即使一个节点出现问题，仍有其他节点可以正常工作。主节点出现问题时，也可以随时切换备份节点为主节点
• 提高效率。主备节点状态一致时，客户端可以从任意节点读取数据

当然，这种模式也有问题，主要问题就是如何保持主备节点状态一致，即分布式一致性的问题。

解决分布式一致性问题的协议：Paxos、Raft

分布式计算任务

按任务限定完成时间长短(时效性)分类：

• 实时处理任务(OLTP)，要求高并发

在线购物、在线交易等

• 准实时处理任务，流处理模型

Web 搜索时的联想、广告推送、商品推荐等

• 批处理任务(OLAP)，只有单一用户

分布式系统构架

• 客户端-服务器模式(C-S)
• 客户端发出服务请求，服务器端根据客户端请求参数完成实际运算，并将运算结果返回给客户端。
• 客户端运算任务轻，服务器端运算任务重
• 服务器一般要应对并发问题
• 客户端一般负责和用户进行交互
• 瘦客户端/胖客户端

变种——Client-Cluster模式，服务器端由多个服务器构成，共同分担计算任务。

三层结构的Client-Cluster模式：

• 表示层，展现给用户的界面
• 应用层，将负责业务分解成功能单一的服务，服务由独立的组件实现，应用层由组件组成
• 数据层，直接操作数据库

优点：解耦，开发人员只关注某一层，降低层间依赖，利于复用，扩展性强

• 主-从模式(Master-Slave)
• 主节点负责根据负载情况分发任务和监视从节点执行情况进行调度
• 从节点负责执行由主节点分发的任务
• 总线模式
• 不同节点之间通过虚拟总线相连，不必知道接收者和发送者
• 异步方式通信
• 对等模式(P2P)
• 每个计算节点在任务分工上是完全对等的
• 混合模式

负载均衡

• 随机，随机选择
• 轮询，按顺序分发
• 固定权重值，请求更多地分发到高配置服务器
• IP 哈希
• 最少 TCP 连接数，分发到连接数最少的服务器
• 最小响应时间，分发到相应最快的服务器
• 基于各服务器实际负载的动态负载均衡算法

中间件

中间件：介于应用程序和操作系统之间的组件，将具体业务和底层逻辑解耦。

作用：

• 为开发者提供高层的变成抽象，屏蔽分布式系统底层的异构性和复杂性
• 提高互操作性和可移植性
• 提供分布式系统的基础设施服务

常用中间件：

• 远程过程调用中间件
• 分布式对象中间件
• 分布式组件中间件
• 消息队列中间件
• Web 服务中间件
• P2P 中间件