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分布式技术“上位”进行时

  脑极体  2019-10-30 00:00:00   专栏
一文了解分布式技术。

我们身处数据大爆炸的时期,想必没人会质疑这一点。网络用户规模越来越大,由此产生的访问数据也在指数倍增长,最典型的,每逢大型年度购物节、流量明星出轨、春晚抢红包等特殊?#24405;?#37117;如同一场服务器系统性能的“极限挑战?#20445;?#26576;几?#19968;?#32852;网公司总会被拉出来示众,成则顶礼膜拜,败则集体吐槽。

如何在极限繁忙的情况下,依然能流畅、安全地提供服务,又不过度增加服务器成本?想要解决这一问题,传统的服务器架构就?#34892;?#21147;不?#26377;?#20102;。

分布式技术,作为一种专门针对海量数据场景的解决方案,?#32479;?#20026;了一剂“特效药”。

在基础“疗效”之外,更关键的是,技术本身还埋藏着交给未来的?#23433;实啊薄?/p>

分布式技术为什?#30784;?#19978;位?#20445;?/p>

如果关注一下互联网公司的技术趋势,会发现大规模或超大规模的分布式应用已经成为主流,而随着云计算逐步向大众生活渗透,?#34892;?#35268;模的分布式应用也在各个领域开始广泛出现。最为直接的体现就是,今天的开发工程师想要?#19994;?#19968;份工作,“熟悉分布式系统”“能对分布式常用技术进行合理应用”等都是常规要求了。

但对于非专业人群?#27492;担?#24656;怕就有不少疑问了,分布式技术为什么会上位,它是如何运行的,相比传统系统究竟强在哪里,?#36136;?#22914;何影响我们的“冲浪”体验的?

分布式技术“上位”进行时

简单?#27492;担?#25152;谓分布式(distributed),就是将不同的服务模块部署在多台不同的服务器上,然后通过远程调用协同工作,共同对外提供服务。对于用户?#27492;担?#23601;像是一台计算机在服务一样。

我们知道,初代的服务器架构往往比较简单,应用程序、数据库、文件、代码?#20154;?#26377;资源都放在一台服务器上,也就是单机结构。随着企业业务量?#33041;?#22810;,一台服务器已经难?#26376;?#36275;数据处理的需求了,那么?#25237;?#21333;机进行?#26696;?#21046;?#31243;保?#23601;能收获一个处理能力高出好几倍的“服务器集群”。

不过,集群式扩?#36141;?#23481;易到达物理上限,最直接的?#20174;?#23601;是无论怎么增加节点,整个集群的性能似乎也没有被提升多少,这时候,就需要分布式系统登场了。

在?#23548;?#19994;务中,分布式系统可?#36234;?#19981;同的业务功能对应到一个个独立的子系统中去,比如针对电商平台,可?#36234;?#29992;户服务、产品服务、店铺管理、数据分析等不同的数据处理项目部署在不同的计算机集群上。这些独立的集群可能是在不同的机房,甚至是不同的城市中,有的大型数据?#34892;?#36824;会分布在不同的国家和地区。它们之间通过RPC消息传递进行通信和协调,再向用户提供服务。

通过几种架构?#33041;?#34892;逻辑不难发现,分布式系统至少具备三个特点:

首先是能够实?#25351;?#24182;发、低?#26144;?#30340;网络服务需求。面对超大规模的访问请求,很容易造成网页打开很慢、游戏拥堵卡顿甚至App直接宕机的情况。这时候需要多台服务器共同高效协作,去处理尽可能多的任务,才能达到相应流量的吞吐量。这就要企业需要将多个服务器部署在不同的地域,才有可能规避全球用户可能导致的网络拥堵和?#26144;?#38382;题。换句话说,分布式系统是全球网络业务发展的基础前提。

另外,分布式系统的可扩展性能够大幅度降低企业的网络成本。由于分布式系统的多台计算机可以在空间位置上随意分布,机器性能也可?#36828;?#31435;运行和随时变动,这就使得多个独立服务可以得到针对性地升级,而不是传统架构下的“大锅饭”。比如在商城大促期间,只需要针对产品系统、订单系统等跟下单量级直接相关的节点,其他服务模块维持原有水平,可以?#34892;?#38477;低网络使用成本。一些基础模块也可以为其他?#30053;?#26381;务所复用,无需重复开发,又进一步降低了企业的经营风险。可以说,在各行业竞争进入精益时期和白?#28982;?#30340;当下,分布式系统无疑是竞争力的前提。

更关键的一点,是分布式系统的高安全性。由于该系统中计算机没有主/?#21448;?#20998;,也就是说所有计算机节点都是对等的,在对外服务时分布式系统都会对数据和服务进行副本处理,从而直接?#34892;?#22320;防止了企业关键数据丢失无法?#19968;?#31561;?#23433;?#21095;?#20445;?#20063;因此成为网络防灾的重要保障。

正是出于这些技术特征,毫不夸张地说,计算机系统正在经历一场从集中式向分布式过渡的整体变革。

分布式云计算:受益人与鼓吹手

如果说分布式系统代表着网络服务的发展方向,那么云计算的社会化,可能是其快速普及的重要推手。

今天,我们在诸多云服务商的技术架构里,能够看到不少分布式技术的身影,比如分布式存储、分布式数据库、分布式消息中间件等等。某种程度上,分布式系统在资源池化、?#24067;收?#23481;错能力、性能提升等方面的技术优势,赋予了云计算真正触摸服务市场的可能性。

这种影响,主要体现在三个关键环节:

一是分布式存储。云服务作为智能化的输出载体,对数据的存储和分析是不可或缺的能力之一,而传统的数据存储模式往往都有容?#30475;?#23567;限制或是空间局限,云端需要的可支撑庞大数据的存储方案恰恰只有分布式能够实现,比如 Apache Hadoop HDFS。

二是分布式计算。资源池的规模越大,对于资源使用效率,即计算效率的要求也就提出了更高的要求。传统的集群结构采用的并行计算往往需要耗费相当长的时间,而分布式计算会将任务拆分成诸多子任务再分配给多台计算机,这?#25351;?#25928;率的计算方式也?#34892;?#25552;升了云服务的整体性能。

三是分布式管理。我们知道,云服务的核?#21215;?#20540;之一,就是能够帮助客户随时获得IT资源及应用,并且按需付费。这意味着云厂商的应用和服务,也需要基于可扩张性、灵活性与可靠性来进行设计。因此,能够将不同服务模块进行分割、复用的分布式框架就显得非常必要了。

当然,除了以受益人角色不断与分布式技术产生化学?#20174;?#20043;外,云服务商也成为企业部署分布式系统的最佳选择。

之所以大部分企业需要借助云厂商的力量,核?#33041;?#22240;还是在于分布式系统的复杂性,大大提升了网络运维和调用的?#35759;取?/p>

对于大?#34892;?#20225;业?#27492;担?#36234;来越多的服务和业务被切割和部署在不同的网络计算单元上时,服务间的依赖关系也因此变?#20040;?#36394;复杂,不仅管理配置的?#35759;?#21464;得越来越大,有时候甚至连编写系统的架构师都不能完整描述应用之间的关系,分不清应用启动的?#32676;?#39034;序,进而引发一系列扩容、调用、线?#39277;收系?#38382;题。

另外,敏捷开发模式要求工程师不断更新程序,来满足新业务、新功能的网络需求。要让企业自己紧跟IT产业的前沿技术,及时引入最新算法模型,修正安全bug,并对成千上百个服务器完成迭代升级,无疑是一个极其庞大且效?#23454;?#19979;的工作。

在这种背景下,引入云服务模式,借助虚拟服务器操作系统,即SaaS技术,在云服务商的统一运行环境下实现部署,就大大降低了需要维护的?#24067;?#25968;量,从而让分布式系统管理不再消耗企业大量时间和精力。

从这个角度来讲,云计算和分布式技术捆绑在一起,两种技术方案相互补益,成就了新数据规模背景下最佳?#25214;?#27604;的网络基础设施。

走入“?#24067;?#34394;拟化”的美妙时代

前面我们感受到了云计算与分布式技术相结合所蕴含的可能性,随着基础设施迭代升级的完成,技术如何向应用端释放自己的迷人之处,恐怕才是?#19994;?#26222;通人真正关心的焦点。

目前看来,分布式系统与云计算结合,首先带来的就是服务能力的共享。

云端计算能力结合虚拟化技术,能够将许多业务端模?#32479;?#35937;成的固定软件统一起来,进而利用分布式系统进行管理和输出。

许多原本需要专门开发对应应用才能实现的功能,比如AI运算,通过云端进行虚拟化之后就能够变成共享资?#30784;?#27604;如Nvidia 与 VMWare 针对 VMWare Cloud on AWS 推出的GPU加速服务,就能够让AWS的客户将各种VMware vSphere 的应用与容器无需变更即可无缝转移至云端,实现AI运算分析。

除此之外,终端能力也可以被虚拟化到云端,再通过分布式技术释放给其他?#24067;?/p>

举个例子,智能音箱的语音功能、智能手机的视频功能、无人机的实时拍摄功能、?#22987;?#26412;电脑的多功能操作,这些原本各自独立的终端能力通过云端虚拟化之后,再借助分布式系统进行调用,就能够实?#31181;?#31471;之间不同能力的灵活组装。

比如手机来电可以通过车载音箱来接听,无人机画面可以实时通过视频通话直播,手机与电脑无缝传输……对于用户?#27492;担?#19981;再需要浪费精力去考虑某个产品的性能,只需要看当下场景需要什?#20174;布?#33021;力发出调用指令就好。同时,分布式系统的分工协同调用,能将?#24067;?#35774;备之间通讯的功耗降到最低。

从为不同场?#21543;?#35745;不同?#24067;?#21040;不同?#24067;?#20027;动适配不同场景,AIoT智能互联后可能面临的跨终端体验割裂问题,正在被分布式技术消弭于无形之中。

同时,分布式系统也让不同机器之间的安全通讯成为可能,从而进一步推动万物智联的到来。

我们知道,如果攻击者利用漏洞获取对整个主机的存取权,那么在很长一段时间内就可以攻击主机上运行的其他每个设备,从而危害整个系统的安全。由于这种攻击方式很难被标准的IDS/IPS检测到,正在变得越来越流行。

试想一下,如果在车联网、工业物联等场景中发生迁移式攻击,亦或是黑客通过空调/咖?#28982;?#35775;问家中任何一个联网设备,这将会引发怎样可怕的连锁?#20174;Γ?/p>

因此,不少云服务商和?#24067;?#21378;商?#23478;?#32463;开始着手将分布式技术引入安全服务。一方面分布式系统各个网络节点之间之间通讯都需要验证并批准,能够?#34892;?#20445;护和控制复?#30001;?#22791;网络,在恶意软件进行控制之前实现检测?#36879;?#31163;;与此同时,分布式网络的?#26696;?#26412;”模式,也能够很好地保证数据被复制并存储在每个设备中,避免因黑客入侵而发生无可挽回的损失。

今天,我们看到万物智联已经在AI、5G、云计算?#28982;?#30784;设施的共同?#22363;?#19979;,展示出了越来越清晰的未来图景。

如何让其变得可靠、可用、可信,还需要像分布式技术这样的助攻搀扶下,迈出实用化的关键一步。

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