第76篇
极客时间《从0开始学架构》课程笔记。
存储高可用方案的本质：数据冗余，即把数据复制到多个存储设备
存储高可用方案的复杂性：如何应对复制延迟和中断导致的数据不一致问题
常见高可用存储架构有3类：
1、双机高可用：主备、主从、主备/主从切换、主主
2、数据集群：3台以上机器组合成一个系统
3、数据分区：不同分区的数据分布在不同的地理位置，每个分区存储一部分数据
一、双机高可用架构
主备复制
定义：备机只备份数据，不进行读写，切换需要人工操作
主备方案架构
优点：简单
1、客户端无需知道备机升级为主机，备机修改为主机通过人工操作
2、主机备机只需要进行数据复制，不用判断服务状态
缺点：
1、备机未提供读写操作，只进行数据备份，硬件成本有浪费
2、故障恢复时需要人工干预，无法自动恢复
应用场景：公司内部的后台管理系统。如学生管理系统、员工管理系统、文档管理系统
主从复制
定义：主机负责读写操作，从机只负责读操作，不负责写操作
主从方案架构
优点：与主备相比
1、主机故障时，读操作相关业务正常运行
2、从机提供读操作，发挥了硬件性能
缺点：
1、客户端需要感知主从关系，复杂度比主备复制要高
2、如果主从复制延迟比较大，业务会出现数据不一致问题
3、出现故障时需要人工干预
应用场景：写少读多的业务。如论坛、BBS、新闻网站、政府门户
双机切换
定义：
主备复制和主从复制在主机出现故障时存在两个问题：
1、无法进行写操作；2、需要人工指定新的主机
双机切换就是在原方案基础上增加『切换』功能，由系统自动决定主机角色并完成切换。双机切换包括主备切换个主从切换两种方案。
设计关键：
1、主备间状态判断：状态传递的渠道，以及状态检测的内容
2、切换决策：切换时机、切换策略、自动程度
3、数据冲突解决：新旧主机之间可能存在数据冲突
常见的3种切换架构：互连式、中介式和模拟式
互连式
定义：主备机直接建立状态传递的渠道
互连式切换架构
缺点：状态传递的通道本身有故障时备机自动升级为主机，出现两个主机
中介式
定义：在主备两者之外引入第三方中介，通过中介来传递状态信息
中介式切换架构
优点：主备机的连接管理和状态决策都更简单
缺点：中介本身需要高可用，否则会进入双备机状态
应用：推荐基于 ZooKeeper 搭建中介式切换架构
模拟式
定义：主备机之间不传递任何状态数据，备机模拟成一个客户端，向主机发起模拟的读写操作，根据读写操作的响应情况来判断主机的状态
模拟式切换架构
优点：实现更加简单，省去了状态传递通道的建立和管理工作
缺点：状态信息只有响应信息，基于有限的状态来做状态决策，可能出现偏差
主主复制
定义：两台机器都是主机，互相将数据复制给对方
主主复制架构
优点：无须状态信息传递，也无须状态决策和状态切换
缺点：如果采取主主复制架构，必须保证数据能够双向复制，而很多数据是不能双向复制的，如用户ID、库存数据、余额数据等
应用场景：适合于那些临时性、可丢失、可覆盖的数据场景。如用户登录产生的 session 数据（可以重新登录生成）、用户行为的日志数据（可以丢失）、论坛的草稿数据（可以丢失）等
二、数据集群
定义：单台（主机）服务器无法存储和处理大量的业务数据，必须使用多台服务器来存储数据。集群可以分为两类：数据集中集群、数据分散集群
数据集中集群：一主多备或者一主多从
数据集中式集群
复杂度体现：
1、主机如何将数据复制给备机：存在多条复制通道、可能会导致多个备机之间数据不一致
2、备机如何检测主机状态：如何处理不同备机对主机状态的不同判断
3、主机故障后，如何决定新的主机：只能允许一台备机升级为主机，选择哪一台
应用场景：适合数据量不大，集群机器数量不多的场景。例如，ZooKeeper 集群，一般推荐 5 台机器左右
数据分散集群
复杂点：如何将数据分配到不同的服务器上，算法需要考虑均衡性、容错性和可伸缩性
特点：
1、数据分散集群中的每台服务器都可以处理读写请求，客户端可以向任意服务器中读写数据
2、必须有一个角色来负责执行数据分配算法，这个角色可以是独立的一台服务器，也可以是集群自己选举出的一台服务器
应用场景：适合业务数据量巨大、集群机器数量庞大的业务场景。例如，Hadoop 集群、HBase 集群，可以达到上百台甚至上千台服务器
三、数据分区
定义
将数据按照一定的规则进行分区，不同分区分布在不同的地理位置上，每个分区存储一部分数据，目的是规避地理级别的故障所造成的巨大影响
设计关键
1、数据量
- 数据量大小决定分区的规则复杂度
- 服务器越多运维复杂度越高
- 增加新服务器时分区相关配置和规则需要修改
- 分区规则需考虑地理容灾
2、分区规则
- 根据地理位置远近可分为洲际分区、国家分区、城市分区
- 洲际分区主要用于面向不同大洲提供服务，可以不互通或者仅仅作为备份
- 国家分区主要用于面向不同国家的用户提供服务，一般也仅作为备份
- 城市分区同时对外提供服务，可以满足业务异地多活之类的需求
3、复制规则
- 常见的3种分区复制规则：集中式、互备式、独立式
- 集中式备份：存在一个总的备份中心，所有的分区都将数据备份到备份中心
- 集中式备份架构优缺点：设计简单、扩展容易、成本较高
- 互备式备份：每个分区备份另外一个分区的数据
- 互备式备份架构优缺点：设计较复杂、扩展麻烦、成本低
- 独立式备份：每个分区有自己的异地独立备份中心
- 独立式备份架构优缺点：设计简单、扩展容易、成本很高
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