分布式系统架构设计
2024-11-17 22:26 138
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大纲
# 分布式系统架构设计
## 集群架构 (C/S)
### 客户端与服务器交互
#### 负载均衡
##### 定义: 将工作负载均匀分配到多个服务器上，提高系统可用性和响应速度。
##### 算法: 轮询、最少连接、IP哈希等。
#### 数据库交互
##### 技术: 数据库分片、复制技术。
##### 目的: 提高数据库并发处理能力和数据可靠性。
#### 缓存机制
##### 作用: 存储热点数据，减少对数据库的直接访问，降低延迟，提高吞吐量。
## 分布式共识算法 (P2P)
### 共识算法原理
#### Paxos算法
##### 描述: 解决分布式系统一致性问题，通过提案和接受过程确保系统达成一致。
#### Raft算法
##### 特点: 简化版Paxos，引入领导者选举和日志复制机制，提高可理解性和易用性。
#### 拜占庭容错
##### 问题: 在存在恶意节点情况下保证系统正确性。
##### 方法: 增加冗余和验证机制，提高系统鲁棒性。
## 数据一致性问题
### CAP定理
#### 一致性与可用性的权衡
##### 理论: 在分布式系统中，一致性、可用性和分区容错性三者不能同时满足。
#### 强一致性与最终一致性
##### 区别: 强一致性要求实时数据更新，最终一致性允许一定时间内的数据差异。
#### 分布式事务处理
##### 机制: 确保跨多个节点操作原子性完成，如两阶段提交、三阶段提交。
## 解决方案
### 使用副本模式
#### 特殊角色的成员
##### 角色: 领导者（Leader）、追随者（Follower）。
#### 数据延迟问题
##### 原因: 网络延迟或节点故障导致数据更新不及时。
#### 数据不一致问题
##### 解决: 引入版本控制和冲突解决策略。
## 拜占庭问题的解决
### Lamport证明
#### 验证消息真伪
##### 方法: 数字签名和加密技术。
#### 拜占庭节点的处理
##### 措施: 设计机制识别和处理拜占庭节点。
#### 达成共识的条件
##### 条件: 验证消息真伪和处理拜占庭节点。
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