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分布式系统概述

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关键词:分布式系统、TCP/IP、NIO 模型

ZERO

    持续更新 请关注:https://zorkelvll.cn/blogs/zorkelvll/articles/2018/11/18/1542544441910

一、基本概念

    分布式系统:多个节点(一般来说一个节点即一台计算机),且节点间互相连通(网络 & 消息传递) -> 在这些连通的节点上部署了组件并且组件之间的操作互相连通,,,这样的一个系统可以认为是一个分布式系统

    冯诺依曼模型:输入设备、存储器(内存 & 外存)、控制器、运算器、输出设备

        分布式系统~~ 超级计算机,也同样符合冯诺依曼模型

    多线程交互模式:

  • 互不通信的多线程模式:不处理共享数据,也不进行动作协调情况
  • 基于共享容器协同的多线程模式 - 并发访问:多个线程对共享的数据(存储数据的容器或数据对象,如 java 中的容器类)队列进行处理,注意线程不安全问题
  • 基于事件协同的多线程模式 - 线程间协调:如 B 线程需要等到某个状态或事件发生后才能继续执行,而这个状态改变或事件产生食欲 A 线程相关的,注意死锁问题(一般地,能够原子性地获取需要的多个锁或者注意调整对多个锁的获取顺序,就会比较好地避免死锁)

    阿姆达尔定律(Amdahl’s law):    ​(=> 当 {\displaystyle p\to \infty}p\to \infty​时,上式的极限是 {\displaystyle {\frac {W}{W_{s}}}}​),,也就是说增加处理器总核心数 p 所能带来速度提升的上限是​(-> 上限的值则是决定于程序中可串行 serial 和可并行 parallel 部分程序​的占比,因此可并行部分程序占比越大上限值越大)

    多进程模式:进程间的内存是独立的,因此多进程之间的数据共享、通信与多线程是不一样的(线程是属于进程的,多线程间是共享内存的)

=> 单线程和单进程多线程(机器故障、OS 问题、进程问题会导致整个功能不可用)

=> 多进程系统(机器故障、OS 问题会导致整个功能不可用,单个进程问题则可能系统部分功能仍然是正常)

=> 多机分布式系统(某些机器故障、OS 问题或某些机器的进程问题,仍然可以保证整体功能大体可用)

二、网络通信协议

    OSI 七层网络模型:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

    TCP/IP 模型:网络接口层、网络互联层、传输层、应用层

    以太网:一种计算机局域网技术,包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容

    => 实践中主要是以太网及 TCP/IP 协议栈,使用 Socket 套接字进行网络通信开发,共有三种方式:BIO、NIO 和 AIO

    BIO 方式:Blocking IO,采用阻塞方式实现,也即一个 Socket 套接字对应一个线程处理(发生建立连接、读数据、写数据操作时都可能会阻塞,优点是简单,缺点是一个线程只能处理一个 socket 导致在支持并发连接时需要很多的线程)

    NIO 方式:Nonblocking IO,非阻塞方式,基于事件驱动思想采用 Reactor 模式(优势是可以在一个线程中处理多个 socket 套接字),即统一通过 Reactor 对所有客户端的 Socket 套接字的事件(hander)做处理并派发到不同的线程中

    AIO 方式:AsynchronousIO,异步 IO,采用 Proactor 模式(NIO 在有通知时可以进行相关的操作,而 AIO 在有通知时则表示相关操作已经完成)

三、分布式系统 - 超级计算机

输入设备:互相连接的多个节点(通信时互为输入)+ 传统人机交互的输入设备

存储器:代理方式的多机 Key-Value 服务、名称服务的多机 Key-Value 服务、规则服务的多机 Key-Value 服务、Master 控制的多机 Key-Value 服务

控制器:协调或控制节点之间的动作和行为,如透明代理(硬件负载均衡设备、软件负责均衡系统,不足是网络开销(流量和延迟)和单点故障)、名称服务的直连方式(与请求处理的机器是交互的,不足是升级较复杂)、规则服务器控制路由的请求直连方式(与请求处理的机器是不交互的,不足是升级较复杂)、Master+Worker 方式(任务的分配和管理)

运算器:DNS 服务器进行调度和控制、负责均衡、规则服务器、Master+Worker

输出设备:互相连接的多个节点(通信时互为输出)+ 传统人机交互的输出设备

四、分布式系统的难点

    缺乏全局时钟、如何应对和解决故障独立性、单点故障问题 SPoF(Single Point of Failure)、分布式事务问题

【读书系列】

    《大型网站系统与 Java 中间件实践》,曾宪杰,电子工业出版社

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