分布式系统可用性和可靠性的区别,可用性如何计算,以及如何做到高可用和高可靠

含义

可用性

可用性是在某个考察时间,系统能够正常运行的概率或时间占有率期望值。

可靠性

可靠性一般指产品可靠性,是元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。
光看定义比较抽象,下面看一个具体的例子。

如果某个系统在每小时崩溃1ms,那么它的可用性就超过99.9999%,但是它还是高度不可靠。与之类似,如果一个系统从来不崩溃,但是每年要停机两星期,那么它是高度可靠的,但是可用性只有96%。

可用性被定义为系统的一个属性,它说明系统已准备好,马上就可以使用。换句话说,高度可用的系统在任何给定的时刻都能及时地工作。
可靠性是指系统可以无故障地持续运行,是一个持续的状态。与可用性相反,可靠性是根据时间段而不是任何时刻来进行定义的。

1 WHAT – 什么是可用性?

定义可用性,可以先定义什么是不可用。
以网站为例,需要经历若干环节,网站的页面才能呈现在最终的用户面前;而其中的任何一个环节出现了故障,都可能会导致网站的页面不可访问,也就是出现了网站不可用的情况。
我们可以利用百分比来对网站可用性进行度量:

网站不可用时间=完成故障修复的时间点 – 故障发现的时间点
网站年度可用时间=年度总时间 – 网站不可用时间
网站年度可用性=(网站年度可用时间/年度总时间) x 100%

99.99%可用性如何计算?

举例:一些知名大型网站的可用性可达到99.99%(俗称4个9),我们可以算一下一年下来留给处理故障的时间有多少?
年度总时间=365 * 24 * 60=525600分钟
网站不可用时间=525600 * (1-99.99%)=52.56分钟
也就是,如果网站要达到4个9的可用性,一年下来网站不可用时间最多53分钟(也就是不足1个小时)。

可见,高可用性就是技术实力的象征,高可用性就是竞争力。

2 WHY – 为什么会出现不可用?

  1. 硬件故障。网站多运行在普通的商用服务器,而这些服务器本身就不具备高可用性,再加之网站系统背后有数量众多服务器,那么一定时间内服务器宕机是大概率事件,直接导致部署在该服务器上的服务受影响。
  2. 软件BUG或网站更新升级发布。BUG不能消灭,只能减少;上线后的系统在运行过程中,难免会出现故障,而这些故障同样直接导致某些网站服务不可用;此外,网站更新升级发布也会引起相对较频繁的服务器宕机。
  3. 不可抗拒力。如地震、水灾、战争等。

3 HOW – 如何做到高可用

核心思想

网站高可用的主要技术手段是服务与数据的冗余备份失效转移。同一服务组件部署在多台服务器上;数据存储在多台服务器上互相备份。通过上述技术手段,当任何一台服务器宕机或出现各种不可预期的问题时,就将相应的服务切换到其他可用的服务器上,不影响系统的整体可用性,也不会导致数据丢失。
从架构角度看可用性:当前网站系统多采用经典的分层模型,从上到下为:应用层、服务层与数据层

应用层主要实现业务逻辑处理;
服务层提供可复用的服务;
数据层负责数据读写;

在部署架构上常采用应用和数据分离部署,应用会部署到不同服务器上,这些服务器被称为应用层的服务器;
这些可复用的服务也会各自部署在不同服务器上,称为服务层的服务器;
而各类数据库系统、文件柜等数据则部署在数据层的服务器。
硬件故障方面引起不可用的技术解决措施:

(1)应用服务器。可通过负载均衡设备将多个应用服务器构建为集群对外提供服务(前提是这些服务需要设计为无状态,即应用服务器不保存业务的上下文信息,而仅根据每次请求提交的数据进行业务逻辑的操作响应),当均衡设备通过心跳检测手段检测到应用服务器不可用时,则将其从集群中移除,并将请求切换到其他可用的应用服务上。

(2)服务层服务器。这些服务器被应用层通过分布式服务框架(如Dubbo)访问,分布式服务框架可在应用层客户端程序中实现软件负载均衡,并通过服务注册中心提供服务的服务器进行心跳检测,当发现有服务器不可用时,立即通知客户端程序修改服务列表,同时移除响应的服务器。

(3)数据服务器。需要在数据写入时进行数据同步复制,将数据写入多台服务器上,实现数据冗余备份;当数据服务器宕机时,应用程序将访问切换到有备份数据的服务器上。

软件方面引起不可用的技术解决措施:通过软件开发过程进行质量保证。通过预发布验证、严格测试、灰度发布等手段,尽量减少上线服务的故障。

    原文作者:飞过沧海的洋洋
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_26894727/article/details/103050988
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