分布式系统概述

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关键词：分布式系统、TCP/IP、NIO模型

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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）：**

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[图片上传失败...(image-500f6-1553390611195)]​（=> 当{\displaystyle p\to \infty }[图片上传失败...(image-43baf4-1553390611195)][图片上传失败...(image-3adc14-1553390611195)]​时，上式的极限是{\displaystyle {\frac {W}{W_{s}}}}[图片上传失败...(image-80a5bf-1553390611195)][图片上传失败...(image-b9a412-1553390611195)]​），，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[图片上传失败...(image-694c62-1553390611195)][图片上传失败...(image-44a651-1553390611195)]​（->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

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[图片上传失败...(image-19d95a-1553390611195)]​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