什么是可调CAP策略？为什么需要可调CAP策略？

在说可调CAP策略之前，我们要先说说CAP理论。

CAP理论是设计分布式系统必用的黄金法则，它提出了设计分布式系统的三个基本要求：一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分区容错（Partition Tolerance）。具体的要旨是：在分布环境下，计算机系统最多只能满足CAP理论中的两项要求，另外一项要被舍弃。CAP理论经过20年的发展，已经被大量分布式软件证实和采用，它和经济学的蒙代尔三角有异曲同工之妙。现在也同样被Laxcus分布式操作系统接受。

如果通俗地解释CAP理论，具体的CAP三项要求是：
（一）Consistency 一致性
一致性也称为原子性或者事务性。表示一个事务的处理不可分割，要么这个事务完成，要么这个事务完不成，不能出现完成一半的情况。例如Laxcus分布式操作系统的数据多点写操作，就不能够出现一个节点成功一个点失败的现象。如果出现，系统也将执行回滚操作，擦除已经成功写入的数据，恢复到初始状态，通知用户写入错误。
（二）Availability 可用性
好的可用性是指系统能够随时随地，为大多数人提供服务（稳定可靠的分布式系统能达到99.999%以上），不会同时出现多数人操作失败、拒绝访问、访问超时等不友好现象（非法访问或者安全原因的限制除外）。可用性和分布式系统的冗余处理、负载均衡、限载处理能力有很大关系。目前Laxcus分布式操作系统生产环境中，涉及可用性的计算单元，都要求提供一主二从的冗余备份，即一个主节点，两个从节点。正常情况下，主节点处理正常的作业流，从节点监视主节点，同时备份主节点的元数据。当主节点发生故障时（机器损坏、网络通信故障），从节点会在秒级时间反应过来，通过协商选出新的主节点，替换掉发生故障的主节点，避免应用业务受到影响涉及。并且这些工作完全是计算机自动完成，不需要管理人员参与。
（三）Partition Tolerance 分区容错
分区容错和系统的伸缩性扩展能力紧密相关。在分布式环境中，可能会由于网络通信等原因，导致多机协同工作的系统无法正常运行的现象。合格的分区容错要求系统虽然处于物理的分散部署和运行状态，而逻辑看上去却像是一个正常运转的整体。比如Laxcus分布式操作系统系统中，即使其中一台或者几台计算机宕机，其他剩下的计算机在Laxcus分布式操作系统调度下，也能够正常运转满足业务需求，这样就具有好的分区容错性。
以上是CAP的基本情况，理论上CAP三种选项虽然可以三选二自由组合，但是放到现实的分布式应用场景中，如果分区容错（P）无法保证时（一台计算机宕机，其它计算机不能提供服务或者只能提供部分服务），分布式系统也就失去存在的意义，所以分区容错属于分布式系统的必备选项，需要得到绝对保证。这样，用户在设计分布式系统时，实际上只能在选项CP和AP之间进行选择。比如WEB业务强调高并发能力，要求随时随地的高可用性，允许一定额度的错误，这时就可以放宽对一致性的限制。而在线支付系统因为必须保证最终数据的正确性，所以对数据一致性有极高要求。
CAP理论发展到近些年，情况又开始变化，随着市场和用户需求的调整，大家对CAP理论有了新的要求。具体到分布式系统，就是现在的用户越来越希望能够在一套系统里，同时满足高并发和高可靠性两种需求，也就是说，要求一套分布式系统同时具备CP和AP两种能力。
这给基础软件开发者提出了新的课题。
Laxcus分布式操作系统对此的解决方案是可调CAP策略。
可调CAP策略是在原来CAP理论基础上的延伸和发展，它允许我们在使用Laxcus分布式操作系统过程中，随时重组计算机集群的运行模式，能够根据不同的业务需求，以CP和AP之间动态调节。
如果用户不做任何设置，Laxcus分布式操作系统默认是AP策略，即计算机集群服务于高可用性场景。例如用户在处理分布式计算工作时，当计算机集群同时执行多项分布式计算工作，某项工作的故障和失败不影响其它应用业务的正常运行。
同时，当面对分布式存储工作时，Laxcus分布式操作系统默认是CP策略，即保证同质数据的分布一致性，也就是满足事务性操作要求。这时任何一点数据的写操作失败都会导致数据整体回滚，从而满足同质数据的分布一致性要求。
在Laxcus分布式操作系统里，将处理业务切换到CP状态使用Create Limit 命令。见下图，这个命令有三种处理模型：用户、数据库、数据表。如果用户使用Create Limit命令执行用户模式处理且被系统接受后，那么表示除数据处理工作之外，用户的其它业务，都执行CP策略（一致性处理）。

Create Limit命令

执行Create Limit命令

 

Create Limit命令生效后，与Create Limit命令配合的是Create Fault命令。如果在CP状态发生了不一致故障，相关业务将被系统锁定，用户即使有后续的请求工作，系统也不会接受，直到用户使用“Drop Fault”命令手工解除故障，相关的业务才能恢复工作。

与Create Limit命令配合使用的Create Fault命令

与Create Limit命令对应的反向操作是Drop Limit命令，它解除之前Create Limit命令执行的限制，将业务处理恢复到系统的默认状态。比如对用户业务执行了“Create Limit”命令后，想恢复到AP状态（高可用性），那么就使用“Drop Limit”命令重置。

Drop Limit命令是Create Limit命令的反向操作

对于数据处理工作，正常情况下，我们还是应该保持为CP状态，毕竟一致性是数据处理重要的基础功能。
但是特殊情况总是存在，为此，Laxcus分布式操作系统也为用户提供了多种可能选择。比如我们为了满足高并发需要，有时会将数据库或者数据表切换到AP状态，然后出现数据不一致性现象，这时为了将计算机集群的分布数据恢复到一致状态，我们可以使用“”命令来完成。这个命令将扫描计算机集群上的所有相关数据，将数据调整到一致状态。扫描和重组数据过程中，相关的资源会被系统锁定，直到完成后才解锁，所以处理过程中不会出现“多写”现象，也就是杜绝了不一致的现象发生。

检查分布数据的一致性

将分布数据恢复到一致性状态

 

以上是可调CAP策略的大致情况。Laxcus分布式操作系统把复杂的CAP理论、可调CAP策略，以及相关的大量基础功能和处理流程，简化成几个命令来实现。让用户面对不同业务需求时，通过简单地切换系统运行模式，有更多选择符合更多应用场景的需要。

说明：Laxcus是一个开源、容错、高扩展、多人共享、多机协同分布运行的操作系统，通过分布式应用软件，处理大规模、超大规模的存储和计算工作。企业版本支持百万级节点规模的计算机集群、亿级用户在线。