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    调度理论故障原因

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进程是操作系统中最基本、重要的概念,是多道程序系统出现后,为了刻画系统内部出现的动态情况,描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。狭义上讲,进程是正在运行的程序的实例;广义上讲,进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统进行资源分配和调度、动态执行的基本单元,是操作系统结构的基础,在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元。其概念主要有两点:(1)进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域、数据区域和堆栈。文本区域存储处理器执行的代码;数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存;堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。(2)进程是一个“执行中的程序”。只有在操作系统、处理器执行程序时,它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。从理论角度看,进程是对正在运行的程序过程的抽象;从实现角度看,它是一种数据结构,目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律,有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。 一、进程具有以下特点: (1)动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生、动态消亡的。 (2)并发性:任何进程都可以与其他进程一起并发执行。 (3)独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位。 (4)异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。 (5)结构特征:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。 二、进程、线程和程序的联系: 通常在一个进程中可以包含若干个线程,它们可以利用进程所拥有的资源,在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位,由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。此外多个不同的进程可以包含相同的程序:一个程序在不同的数据集里就构成不同的进程,能得到不同的结果;但是执行过程中,程序不能发生改变。同一程序同时运行于若干个数据集合上,它将属于若干个不同的进程,也就是说同一程序可以对应多个进程。 三、进程和程序的区别: (1)程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念,而进程是程序在处理机上的一次执行过程,它是一个动态的概念。 (2)程序可以作为一种软件资料长期存在,而进程是有一定生命期的。 (3)程序是永久的,进程是暂时的。 (4)进程更能真实地描述并发,而程序不能。 (5)进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成。 (6)进程具有创建其他进程的功能而程序没有。 (7)在传统的操作系统中,程序并不能独立运行,作为资源分配和独立运行的基本单元都是进程。 四、进程具有的三种基本状态 由于进程在执行过程中具有动态性和异步性,因此也就决定了进程可能具有多种状态。 (1)就绪状态(Ready):进程已获得除处理器外的所需资源,等待分配处理器资源;只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如,当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时,排入低优先级队列;当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时,排入高优先级队列。 (2)运行状态(Running):进程占用处理器资源;处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态),通常会自动执行系统的空闲进程。 (3)阻塞状态(Blocked):由于进程等待某种条件(如I/O操作或进程同步),在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程,也无法运行。 五、创建进程的事件 在多道程序环境中,只有作为进程时才能在系统中运行。因此,为了让程序能运行,就必须为它创建进程。一个进程去创建另一个进程的典型事件,可以有以下四类: (1) 用户登录:在分时系统中,用户在终端键入登录命令后,如果是合法用户,系统将为该终端建立一个进程,并把它插入到就绪队列中。 (2)作业调度:在批处理系统中,当作业调度程序按照一定的算法调度到某作业时,便将该作业装入到内存,为它分配必要的资源,并立即为它创建进程,再插入到就绪队列中。 (3) 提供服务:当运行中的用户程序提出某种请求后,系统将专门创建一个进程来提供用户所需要的服务,例如,用户程序要求进行文件打印,操作系统将为它创建一个打印进程,这样,不仅可以使打印进程与该用户进程并发执行,而且还便于计算出为完成打印任务所花费的时间。 (4) 应用请求:在上述三种情况中,都是由系统内核为它创建一个新进程,而这一类事件则是基于应用进程的需求,由它创建一个新的进程,以便使新进程以并发的运行方式完成特定任务。 六、进程的创建过程 一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后,便调用进程创建原语create()按下述步骤创建一个新进程。 (1) 申请空白PCB。为新进程申请获得唯一的数字标识符,并从PCB集合中索取一个空白PCB。 (2) 为新进程分配资源。为新进程的程序和数据以及用户栈分配必要的内存空间。显然,此时操作系统必须知道新进程所需要的内存大小。 (3) 初始化进程控制块。PCB的初始化主要包括:初始化标识信息,将系统分配的标识符和父进程标识符,填入新的PCB中;初始化处理机状态信息,使程序计数器指向程序的入口地址,使栈指针指向栈顶;初始化处理机控制信息,将进程的状态设置为就绪状态或静止就绪状态,对于优先级,通常是将它设置为最低优先级,除非用户以显式的方式提出高优先级要求。 (4) 将新进程插入就绪队列,如果进程就绪队列能够接纳新进程,便将新进程插入到就绪队列中。 七、引起进程终止的事件 (1)正常结束:在任何计算机系统中,都应该有一个表示进程已经运行完成的指示。例如,在批处理系统中,通常在程序的最后安排一条Hold指令或终止的系统调用。当程序运行到Hold指令时,将产生一个中断,去通知OS本进程已经完成。 (2)异常结束:在进程运行期间,由于出现某些错误和故障而迫使进程终止。这类异常事件很多,常见的有:越界错误,保护错,非法指令,特权指令错,运行超时,等待超时,算术运算错,I/O故障。 (3)外界干预:外界干预并非指在本进程运行中出现了异常事件,而是指进程应外界的请求而终止运行。这些干预有:操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止。 八、进程的终止过程 如果系统发生了上述要求终止进程的某事件后,OS便调用进程终止原语,按如下过程去终止指定的进程。 (1)根据被终止进程的标识符,从PCB集合中检索出该进程的PCB,从中读出该进程状态。 (2)若被终止进程正处于执行状态,应立即终止该进程的执行,并置调度标志为真。用于指示该进程被终止后应重新进行调度。 (3)若该进程还有子孙进程,还应将其所有子孙进程予以终止,以防他们成为不可控的进程。 (4)将被终止的进程所拥有的全部资源,或者归还给其父进程,或者归还给系统。 (5)将被终止进程(它的PCB)从所在队列(或链表)中移出,等待其它程序来搜集信息。 九、阻塞唤醒 1、引起进程阻塞和唤醒的事件 (1)请求系统服务:当正在执行的进程请求操作系统提供服务时,由于某种原因,操作系统并不立即满足该进程的要求时,该进程只能转变为阻塞状态来等待,一旦要求得到满足后,进程被唤醒。 (2)启动某种操作:当进程启动某种操作后,如果该进程必须在该操作完成之后才能继续执行,则必须先使该进程阻塞,以等待该操作完成,该操作完成后,将该进程唤醒。 (3)新数据尚未到达:对于相互合作的进程,如果其中一个进程需要先获得另一(合作)进程提供的数据才能运行以对数据进行处理,则是要其所需数据尚未到达,该进程只有(等待)阻塞,等到数据到达后,该进程被唤醒。 (4)无新工作可做:系统往往设置一些具有某特定功能的系统进程,每当这种进程完成任务后,便把自己阻塞起来以等待新任务到来,新任务到达后,该进程被唤醒。 2.进程阻塞过程 正在执行的进程,当发现上述某事件后,由于无法继续执行,于是进程便通过调用阻塞原语block()把自己阻塞。可见,进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后,由于此时该进程还处于执行状态,所以应先立即停止执行,把进程控制块中的现行状态由执行改为阻塞,并将PCB插入阻塞队列。如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列,则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待)队列。最后,转调度程序进行重新调度,将处理机分配给另一就绪进程,并进行切换,亦即,保留被阻塞进程的处理机状态(在PCB中),再按新进程的PCB中的处理机状态设置CPU环境。 3. 进程唤醒过程 当被阻塞的进程所期待的事件出现时,如I/O完成或者其所期待的数据已经到达,则由有关进程(比如,用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup(),将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是:首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出,将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪,然后再将该PCB插入到就绪队列中。 答案来源网络,供参考,希望对您有帮助

问问小秘 2019-12-02 03:05:02 0 浏览量 回答数 0

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分布式事务的解决方案有如下几种: 全局消息基于可靠消息服务的分布式事务TCC最大努力通知方案1:全局事务(DTP模型)全局事务基于DTP模型实现。DTP是由X/Open组织提出的一种分布式事务模型——X/Open Distributed Transaction Processing Reference Model。它规定了要实现分布式事务,需要三种角色: AP:Application 应用系统 它就是我们开发的业务系统,在我们开发的过程中,可以使用资源管理器提供的事务接口来实现分布式事务。 TM:Transaction Manager 事务管理器 分布式事务的实现由事务管理器来完成,它会提供分布式事务的操作接口供我们的业务系统调用。这些接口称为TX接口。事务管理器还管理着所有的资源管理器,通过它们提供的XA接口来同一调度这些资源管理器,以实现分布式事务。DTP只是一套实现分布式事务的规范,并没有定义具体如何实现分布式事务,TM可以采用2PC、3PC、Paxos等协议实现分布式事务。RM:Resource Manager 资源管理器 能够提供数据服务的对象都可以是资源管理器,比如:数据库、消息中间件、缓存等。大部分场景下,数据库即为分布式事务中的资源管理器。资源管理器能够提供单数据库的事务能力,它们通过XA接口,将本数据库的提交、回滚等能力提供给事务管理器调用,以帮助事务管理器实现分布式的事务管理。XA是DTP模型定义的接口,用于向事务管理器提供该资源管理器(该数据库)的提交、回滚等能力。DTP只是一套实现分布式事务的规范,RM具体的实现是由数据库厂商来完成的。有没有基于DTP模型的分布式事务中间件?DTP模型有啥优缺点?方案2:基于可靠消息服务的分布式事务这种实现分布式事务的方式需要通过消息中间件来实现。假设有A和B两个系统,分别可以处理任务A和任务B。此时系统A中存在一个业务流程,需要将任务A和任务B在同一个事务中处理。下面来介绍基于消息中间件来实现这种分布式事务。 title 在系统A处理任务A前,首先向消息中间件发送一条消息消息中间件收到后将该条消息持久化,但并不投递。此时下游系统B仍然不知道该条消息的存在。消息中间件持久化成功后,便向系统A返回一个确认应答;系统A收到确认应答后,则可以开始处理任务A;任务A处理完成后,向消息中间件发送Commit请求。该请求发送完成后,对系统A而言,该事务的处理过程就结束了,此时它可以处理别的任务了。 但commit消息可能会在传输途中丢失,从而消息中间件并不会向系统B投递这条消息,从而系统就会出现不一致性。这个问题由消息中间件的事务回查机制完成,下文会介绍。消息中间件收到Commit指令后,便向系统B投递该消息,从而触发任务B的执行;当任务B执行完成后,系统B向消息中间件返回一个确认应答,告诉消息中间件该消息已经成功消费,此时,这个分布式事务完成。上述过程可以得出如下几个结论: 消息中间件扮演者分布式事务协调者的角色。 系统A完成任务A后,到任务B执行完成之间,会存在一定的时间差。在这个时间差内,整个系统处于数据不一致的状态,但这短暂的不一致性是可以接受的,因为经过短暂的时间后,系统又可以保持数据一致性,满足BASE理论。 上述过程中,如果任务A处理失败,那么需要进入回滚流程,如下图所示: title 若系统A在处理任务A时失败,那么就会向消息中间件发送Rollback请求。和发送Commit请求一样,系统A发完之后便可以认为回滚已经完成,它便可以去做其他的事情。消息中间件收到回滚请求后,直接将该消息丢弃,而不投递给系统B,从而不会触发系统B的任务B。此时系统又处于一致性状态,因为任务A和任务B都没有执行。 上面所介绍的Commit和Rollback都属于理想情况,但在实际系统中,Commit和Rollback指令都有可能在传输途中丢失。那么当出现这种情况的时候,消息中间件是如何保证数据一致性呢?——答案就是超时询问机制。 title 系统A除了实现正常的业务流程外,还需提供一个事务询问的接口,供消息中间件调用。当消息中间件收到一条事务型消息后便开始计时,如果到了超时时间也没收到系统A发来的Commit或Rollback指令的话,就会主动调用系统A提供的事务询问接口询问该系统目前的状态。该接口会返回三种结果: 提交 若获得的状态是“提交”,则将该消息投递给系统B。回滚 若获得的状态是“回滚”,则直接将条消息丢弃。处理中 若获得的状态是“处理中”,则继续等待。消息中间件的超时询问机制能够防止上游系统因在传输过程中丢失Commit/Rollback指令而导致的系统不一致情况,而且能降低上游系统的阻塞时间,上游系统只要发出Commit/Rollback指令后便可以处理其他任务,无需等待确认应答。而Commit/Rollback指令丢失的情况通过超时询问机制来弥补,这样大大降低上游系统的阻塞时间,提升系统的并发度。 下面来说一说消息投递过程的可靠性保证。 当上游系统执行完任务并向消息中间件提交了Commit指令后,便可以处理其他任务了,此时它可以认为事务已经完成,接下来消息中间件一定会保证消息被下游系统成功消费掉!那么这是怎么做到的呢?这由消息中间件的投递流程来保证。 消息中间件向下游系统投递完消息后便进入阻塞等待状态,下游系统便立即进行任务的处理,任务处理完成后便向消息中间件返回应答。消息中间件收到确认应答后便认为该事务处理完毕! 如果消息在投递过程中丢失,或消息的确认应答在返回途中丢失,那么消息中间件在等待确认应答超时之后就会重新投递,直到下游消费者返回消费成功响应为止。当然,一般消息中间件可以设置消息重试的次数和时间间隔,比如:当第一次投递失败后,每隔五分钟重试一次,一共重试3次。如果重试3次之后仍然投递失败,那么这条消息就需要人工干预。 title title 有的同学可能要问:消息投递失败后为什么不回滚消息,而是不断尝试重新投递? 这就涉及到整套分布式事务系统的实现成本问题。 我们知道,当系统A将向消息中间件发送Commit指令后,它便去做别的事情了。如果此时消息投递失败,需要回滚的话,就需要让系统A事先提供回滚接口,这无疑增加了额外的开发成本,业务系统的复杂度也将提高。对于一个业务系统的设计目标是,在保证性能的前提下,最大限度地降低系统复杂度,从而能够降低系统的运维成本。 不知大家是否发现,上游系统A向消息中间件提交Commit/Rollback消息采用的是异步方式,也就是当上游系统提交完消息后便可以去做别的事情,接下来提交、回滚就完全交给消息中间件来完成,并且完全信任消息中间件,认为它一定能正确地完成事务的提交或回滚。然而,消息中间件向下游系统投递消息的过程是同步的。也就是消息中间件将消息投递给下游系统后,它会阻塞等待,等下游系统成功处理完任务返回确认应答后才取消阻塞等待。为什么这两者在设计上是不一致的呢? 首先,上游系统和消息中间件之间采用异步通信是为了提高系统并发度。业务系统直接和用户打交道,用户体验尤为重要,因此这种异步通信方式能够极大程度地降低用户等待时间。此外,异步通信相对于同步通信而言,没有了长时间的阻塞等待,因此系统的并发性也大大增加。但异步通信可能会引起Commit/Rollback指令丢失的问题,这就由消息中间件的超时询问机制来弥补。 那么,消息中间件和下游系统之间为什么要采用同步通信呢? 异步能提升系统性能,但随之会增加系统复杂度;而同步虽然降低系统并发度,但实现成本较低。因此,在对并发度要求不是很高的情况下,或者服务器资源较为充裕的情况下,我们可以选择同步来降低系统的复杂度。 我们知道,消息中间件是一个独立于业务系统的第三方中间件,它不和任何业务系统产生直接的耦合,它也不和用户产生直接的关联,它一般部署在独立的服务器集群上,具有良好的可扩展性,所以不必太过于担心它的性能,如果处理速度无法满足我们的要求,可以增加机器来解决。而且,即使消息中间件处理速度有一定的延迟那也是可以接受的,因为前面所介绍的BASE理论就告诉我们了,我们追求的是最终一致性,而非实时一致性,因此消息中间件产生的时延导致事务短暂的不一致是可以接受的。 方案3:最大努力通知(定期校对)最大努力通知也被称为定期校对,其实在方案二中已经包含,这里再单独介绍,主要是为了知识体系的完整性。这种方案也需要消息中间件的参与,其过程如下: title 上游系统在完成任务后,向消息中间件同步地发送一条消息,确保消息中间件成功持久化这条消息,然后上游系统可以去做别的事情了;消息中间件收到消息后负责将该消息同步投递给相应的下游系统,并触发下游系统的任务执行;当下游系统处理成功后,向消息中间件反馈确认应答,消息中间件便可以将该条消息删除,从而该事务完成。上面是一个理想化的过程,但在实际场景中,往往会出现如下几种意外情况: 消息中间件向下游系统投递消息失败上游系统向消息中间件发送消息失败对于第一种情况,消息中间件具有重试机制,我们可以在消息中间件中设置消息的重试次数和重试时间间隔,对于网络不稳定导致的消息投递失败的情况,往往重试几次后消息便可以成功投递,如果超过了重试的上限仍然投递失败,那么消息中间件不再投递该消息,而是记录在失败消息表中,消息中间件需要提供失败消息的查询接口,下游系统会定期查询失败消息,并将其消费,这就是所谓的“定期校对”。 如果重复投递和定期校对都不能解决问题,往往是因为下游系统出现了严重的错误,此时就需要人工干预。 对于第二种情况,需要在上游系统中建立消息重发机制。可以在上游系统建立一张本地消息表,并将 任务处理过程 和 向本地消息表中插入消息 这两个步骤放在一个本地事务中完成。如果向本地消息表插入消息失败,那么就会触发回滚,之前的任务处理结果就会被取消。如果这量步都执行成功,那么该本地事务就完成了。接下来会有一个专门的消息发送者不断地发送本地消息表中的消息,如果发送失败它会返回重试。当然,也要给消息发送者设置重试的上限,一般而言,达到重试上限仍然发送失败,那就意味着消息中间件出现严重的问题,此时也只有人工干预才能解决问题。 对于不支持事务型消息的消息中间件,如果要实现分布式事务的话,就可以采用这种方式。它能够通过重试机制+定期校对实现分布式事务,但相比于第二种方案,它达到数据一致性的周期较长,而且还需要在上游系统中实现消息重试发布机制,以确保消息成功发布给消息中间件,这无疑增加了业务系统的开发成本,使得业务系统不够纯粹,并且这些额外的业务逻辑无疑会占用业务系统的硬件资源,从而影响性能。 因此,尽量选择支持事务型消息的消息中间件来实现分布式事务,如RocketMQ。 方案4:TCC(两阶段型、补偿型)TCC即为Try Confirm Cancel,它属于补偿型分布式事务。顾名思义,TCC实现分布式事务一共有三个步骤: Try:尝试待执行的业务 这个过程并未执行业务,只是完成所有业务的一致性检查,并预留好执行所需的全部资源Confirm:执行业务 这个过程真正开始执行业务,由于Try阶段已经完成了一致性检查,因此本过程直接执行,而不做任何检查。并且在执行的过程中,会使用到Try阶段预留的业务资源。Cancel:取消执行的业务 若业务执行失败,则进入Cancel阶段,它会释放所有占用的业务资源,并回滚Confirm阶段执行的操作。下面以一个转账的例子来解释下TCC实现分布式事务的过程。 假设用户A用他的账户余额给用户B发一个100元的红包,并且余额系统和红包系统是两个独立的系统。 Try 创建一条转账流水,并将流水的状态设为交易中将用户A的账户中扣除100元(预留业务资源)Try成功之后,便进入Confirm阶段Try过程发生任何异常,均进入Cancel阶段Confirm 向B用户的红包账户中增加100元将流水的状态设为交易已完成Confirm过程发生任何异常,均进入Cancel阶段Confirm过程执行成功,则该事务结束Cancel 将用户A的账户增加100元将流水的状态设为交易失败在传统事务机制中,业务逻辑的执行和事务的处理,是在不同的阶段由不同的部件来完成的:业务逻辑部分访问资源实现数据存储,其处理是由业务系统负责;事务处理部分通过协调资源管理器以实现事务管理,其处理由事务管理器来负责。二者没有太多交互的地方,所以,传统事务管理器的事务处理逻辑,仅需要着眼于事务完成(commit/rollback)阶段,而不必关注业务执行阶段。 TCC全局事务必须基于RM本地事务来实现全局事务TCC服务是由Try/Confirm/Cancel业务构成的, 其Try/Confirm/Cancel业务在执行时,会访问资源管理器(Resource Manager,下文简称RM)来存取数据。这些存取操作,必须要参与RM本地事务,以使其更改的数据要么都commit,要么都rollback。 这一点不难理解,考虑一下如下场景: title 假设图中的服务B没有基于RM本地事务(以RDBS为例,可通过设置auto-commit为true来模拟),那么一旦[B:Try]操作中途执行失败,TCC事务框架后续决定回滚全局事务时,该[B:Cancel]则需要判断[B:Try]中哪些操作已经写到DB、哪些操作还没有写到DB:假设[B:Try]业务有5个写库操作,[B:Cancel]业务则需要逐个判断这5个操作是否生效,并将生效的操作执行反向操作。 不幸的是,由于[B:Cancel]业务也有n(0<=n<=5)个反向的写库操作,此时一旦[B:Cancel]也中途出错,则后续的[B:Cancel]执行任务更加繁重。因为,相比第一次[B:Cancel]操作,后续的[B:Cancel]操作还需要判断先前的[B:Cancel]操作的n(0<=n<=5)个写库中哪几个已经执行、哪几个还没有执行,这就涉及到了幂等性问题。而对幂等性的保障,又很可能还需要涉及额外的写库操作,该写库操作又会因为没有RM本地事务的支持而存在类似问题。。。可想而知,如果不基于RM本地事务,TCC事务框架是无法有效的管理TCC全局事务的。 反之,基于RM本地事务的TCC事务,这种情况则会很容易处理:[B:Try]操作中途执行失败,TCC事务框架将其参与RM本地事务直接rollback即可。后续TCC事务框架决定回滚全局事务时,在知道“[B:Try]操作涉及的RM本地事务已经rollback”的情况下,根本无需执行[B:Cancel]操作。 换句话说,基于RM本地事务实现TCC事务框架时,一个TCC型服务的cancel业务要么执行,要么不执行,不需要考虑部分执行的情况。 TCC事务框架应该提供Confirm/Cancel服务的幂等性保障一般认为,服务的幂等性,是指针对同一个服务的多次(n>1)请求和对它的单次(n=1)请求,二者具有相同的副作用。 在TCC事务模型中,Confirm/Cancel业务可能会被重复调用,其原因很多。比如,全局事务在提交/回滚时会调用各TCC服务的Confirm/Cancel业务逻辑。执行这些Confirm/Cancel业务时,可能会出现如网络中断的故障而使得全局事务不能完成。因此,故障恢复机制后续仍然会重新提交/回滚这些未完成的全局事务,这样就会再次调用参与该全局事务的各TCC服务的Confirm/Cancel业务逻辑。 既然Confirm/Cancel业务可能会被多次调用,就需要保障其幂等性。 那么,应该由TCC事务框架来提供幂等性保障?还是应该由业务系统自行来保障幂等性呢? 个人认为,应该是由TCC事务框架来提供幂等性保障。如果仅仅只是极个别服务存在这个问题的话,那么由业务系统来负责也是可以的;然而,这是一类公共问题,毫无疑问,所有TCC服务的Confirm/Cancel业务存在幂等性问题。TCC服务的公共问题应该由TCC事务框架来解决;而且,考虑一下由业务系统来负责幂等性需要考虑的问题,就会发现,这无疑增大了业务系统的复杂度。

1210119897362579 2019-12-02 00:14:25 0 浏览量 回答数 0

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在开始谈我对架构本质的理解之前,先谈谈对今天技术沙龙主题的个人见解,千万级规模的网站感觉数量级是非常大的,对这个数量级我们战略上 要重 视 它 , 战术上又 要 藐 视 它。先举个例子感受一下千万级到底是什么数量级?现在很流行的优步(Uber),从媒体公布的信息看,它每天接单量平均在百万左右, 假如每天有10个小时的服务时间,平均QPS只有30左右。对于一个后台服务器,单机的平均QPS可以到达800-1000,单独看写的业务量很简单 。为什么我们又不能说轻视它?第一,我们看它的数据存储,每天一百万的话,一年数据量的规模是多少?其次,刚才说的订单量,每一个订单要推送给附近的司机、司机要并发抢单,后面业务场景的访问量往往是前者的上百倍,轻松就超过上亿级别了。 今天我想从架构的本质谈起之后,希望大家理解在做一些建构设计的时候,它的出发点以及它解决的问题是什么。 架构,刚开始的解释是我从知乎上看到的。什么是架构?有人讲, 说架构并不是一 个很 悬 乎的 东西 , 实际 上就是一个架子 , 放一些 业务 和算法,跟我们的生活中的晾衣架很像。更抽象一点,说架构其 实 是 对 我 们 重复性业务 的抽象和我 们 未来 业务 拓展的前瞻,强调过去的经验和你对整个行业的预见。 我们要想做一个架构的话需要哪些能力?我觉得最重要的是架构师一个最重要的能力就是你要有 战 略分解能力。这个怎么来看呢: 第一,你必须要有抽象的能力,抽象的能力最基本就是去重,去重在整个架构中体现在方方面面,从定义一个函数,到定义一个类,到提供的一个服务,以及模板,背后都是要去重提高可复用率。 第二, 分类能力。做软件需要做对象的解耦,要定义对象的属性和方法,做分布式系统的时候要做服务的拆分和模块化,要定义服务的接口和规范。 第三, 算法(性能),它的价值体现在提升系统的性能,所有性能的提升,最终都会落到CPU,内存,IO和网络这4大块上。 这一页PPT举了一些例子来更深入的理解常见技术背后的架构理念。 第一个例子,在分布式系统我们会做 MySQL分 库 分表,我们要从不同的库和表中读取数据,这样的抽象最直观就是使用模板,因为绝大多数SQL语义是相同的,除了路由到哪个库哪个表,如果不使用Proxy中间件,模板就是性价比最高的方法。 第二看一下加速网络的CDN,它是做速度方面的性能提升,刚才我们也提到从CPU、内存、IO、网络四个方面来考虑,CDN本质上一个是做网络智能调度优化,另一个是多级缓存优化。 第三个看一下服务化,刚才已经提到了,各个大网站转型过程中一定会做服务化,其实它就是做抽象和做服务的拆分。第四个看一下消息队列,本质上还是做分类,只不过不是两个边际清晰的类,而是把两个边际不清晰的子系统通过队列解构并且异步化。新浪微博整体架构是什么样的 接下我们看一下微博整体架构,到一定量级的系统整个架构都会变成三层,客户端包括WEB、安卓和IOS,这里就不说了。接着还都会有一个接口层, 有三个主要作用: 第一个作用,要做 安全隔离,因为前端节点都是直接和用户交互,需要防范各种恶意攻击; 第二个还充当着一个 流量控制的作用,大家知道,在2014年春节的时候,微信红包,每分钟8亿多次的请求,其实真正到它后台的请求量,只有十万左右的数量级(这里的数据可能不准),剩余的流量在接口层就被挡住了; 第三,我们看对 PC 端和移 动 端的需求不一样的,所以我们可以进行拆分。接口层之后是后台,可以看到微博后台有三大块: 一个是 平台服 务, 第二, 搜索, 第三, 大数据。到了后台的各种服务其实都是处理的数据。 像平台的业务部门,做的就是 数据存储和读 取,对搜索来说做的是 数据的 检 索,对大数据来说是做的数据的 挖掘。微博其实和淘宝是很类似 微博其实和淘宝是很类似的。一般来说,第一代架构,基本上能支撑到用户到 百万 级别,到第二代架构基本能支撑到 千万 级别都没什么问题,当业务规模到 亿级别时,需要第三代的架构。 从 LAMP 的架构到面向服 务 的架构,有几个地方是非常难的,首先不可能在第一代基础上通过简单的修修补补满足用户量快速增长的,同时线上业务又不能停, 这是我们常说的 在 飞 机上 换 引擎的 问题。前两天我有一个朋友问我,说他在内部推行服务化的时候,把一个模块服务化做完了,其他部门就是不接。我建议在做服务化的时候,首先更多是偏向业务的梳理,同时要找准一个很好的切入点,既有架构和服务化上的提升,业务方也要有收益,比如提升性能或者降低维护成本同时升级过程要平滑,建议开始从原子化服务切入,比如基础的用户服务, 基础的短消息服务,基础的推送服务。 第二,就是可 以做无状 态 服 务,后面会详细讲,还有数据量大了后需要做数据Sharding,后面会将。 第三代 架构 要解决的 问题,就是用户量和业务趋于稳步增加(相对爆发期的指数级增长),更多考虑技术框架的稳定性, 提升系统整体的性能,降低成本,还有对整个系统监控的完善和升级。 大型网站的系统架构是如何演变的 我们通过通过数据看一下它的挑战,PV是在10亿级别,QPS在百万,数据量在千亿级别。我们可用性,就是SLA要求4个9,接口响应最多不能超过150毫秒,线上所有的故障必须得在5分钟内解决完。如果说5分钟没处理呢?那会影响你年终的绩效考核。2015年微博DAU已经过亿。我们系统有上百个微服务,每周会有两次的常规上线和不限次数的紧急上线。我们的挑战都一样,就是数据量,bigger and bigger,用户体验是faster and faster,业务是more and more。互联网业务更多是产品体验驱动, 技 术 在 产 品 体验上最有效的贡献 , 就是你的性能 越来越好 。 每次降低加载一个页面的时间,都可以间接的降低这个页面上用户的流失率。微博的技术挑战和正交分解法解析架构 下面看一下 第三代的 架构 图 以及 我 们 怎么用正交分解法 阐 述。 我们可以看到我们从两个维度,横轴和纵轴可以看到。 一个 维 度 是 水平的 分层 拆分,第二从垂直的维度会做拆分。水平的维度从接口层、到服务层到数据存储层。垂直怎么拆分,会用业务架构、技术架构、监控平台、服务治理等等来处理。我相信到第二代的时候很多架构已经有了业务架构和技术架构的拆分。我们看一下, 接口层有feed、用户关系、通讯接口;服务层,SOA里有基层服务、原子服务和组合服务,在微博我们只有原子服务和组合服务。原子服务不依赖于任何其他服务,组合服务由几个原子服务和自己的业务逻辑构建而成 ,资源层负责海量数据的存储(后面例子会详细讲)。技 术框架解决 独立于 业务 的海量高并发场景下的技术难题,由众多的技术组件共同构建而成 。在接口层,微博使用JERSY框架,帮助你做参数的解析,参数的验证,序列化和反序列化;资源层,主要是缓存、DB相关的各类组件,比如Cache组件和对象库组件。监 控平台和服 务 治理 , 完成系统服务的像素级监控,对分布式系统做提前诊断、预警以及治理。包含了SLA规则的制定、服务监控、服务调用链监控、流量监控、错误异常监控、线上灰度发布上线系统、线上扩容缩容调度系统等。 下面我们讲一下常见的设计原则。 第一个,首先是系统架构三个利器: 一个, 我 们 RPC 服 务组 件 (这里不讲了), 第二个,我们 消息中 间 件 。消息中间件起的作用:可以把两个模块之间的交互异步化,其次可以把不均匀请求流量输出为匀速的输出流量,所以说消息中间件 异步化 解耦 和流量削峰的利器。 第三个是配置管理,它是 代码级灰度发布以及 保障系统降级的利器。 第二个 , 无状态 , 接口 层 最重要的就是无状 态。我们在电商网站购物,在这个过程中很多情况下是有状态的,比如我浏览了哪些商品,为什么大家又常说接口层是无状态的,其实我们把状态从接口层剥离到了数据层。像用户在电商网站购物,选了几件商品,到了哪一步,接口无状态后,状态要么放在缓存中,要么放在数据库中, 其 实 它并不是没有状 态 , 只是在 这 个 过 程中我 们 要把一些有状 态 的 东 西抽离出来 到了数据层。 第三个, 数据 层 比服 务层 更需要 设计,这是一条非常重要的经验。对于服务层来说,可以拿PHP写,明天你可以拿JAVA来写,但是如果你的数据结构开始设计不合理,将来数据结构的改变会花费你数倍的代价,老的数据格式向新的数据格式迁移会让你痛不欲生,既有工作量上的,又有数据迁移跨越的时间周期,有一些甚至需要半年以上。 第四,物理结构与逻辑结构的映射,上一张图看到两个维度切成十二个区间,每个区间代表一个技术领域,这个可以看做我们的逻辑结构。另外,不论后台还是应用层的开发团队,一般都会分几个垂直的业务组加上一个基础技术架构组,这就是从物理组织架构到逻辑的技术架构的完美的映射,精细化团队分工,有利于提高沟通协作的效率 。 第五, www .sanhao.com 的访问过程,我们这个架构图里没有涉及到的,举个例子,比如当你在浏览器输入www.sanhao网址的时候,这个请求在接口层之前发生了什么?首先会查看你本机DNS以及DNS服务,查找域名对应的IP地址,然后发送HTTP请求过去。这个请求首先会到前端的VIP地址(公网服务IP地址),VIP之后还要经过负载均衡器(Nginx服务器),之后才到你的应用接口层。在接口层之前发生了这么多事,可能有用户报一个问题的时候,你通过在接口层查日志根本发现不了问题,原因就是问题可能发生在到达接口层之前了。 第六,我们说分布式系统,它最终的瓶颈会落在哪里呢?前端时间有一个网友跟我讨论的时候,说他们的系统遇到了一个瓶颈, 查遍了CPU,内存,网络,存储,都没有问题。我说你再查一遍,因为最终你不论用上千台服务器还是上万台服务器,最终系统出瓶颈的一定会落在某一台机(可能是叶子节点也可能是核心的节点),一定落在CPU、内存、存储和网络上,最后查出来问题出在一台服务器的网卡带宽上。微博多级双机房缓存架构 接下来我们看一下微博的Feed多级缓存。我们做业务的时候,经常很少做业务分析,技术大会上的分享又都偏向技术架构。其实大家更多的日常工作是需要花费更多时间在业务优化上。这张图是统计微博的信息流前几页的访问比例,像前三页占了97%,在做缓存设计的时候,我们最多只存最近的M条数据。 这里强调的就是做系统设计 要基于用 户 的 场 景 , 越细致越好 。举了一个例子,大家都会用电商,电商在双十一会做全国范围内的活动,他们做设计的时候也会考虑场景的,一个就是购物车,我曾经跟相关开发讨论过,购物车是在双十一之前用户的访问量非常大,就是不停地往里加商品。在真正到双十一那天他不会往购物车加东西了,但是他会频繁的浏览购物车。针对这个场景,活动之前重点设计优化购物车的写场景, 活动开始后优化购物车的读场景。 你看到的微博是由哪些部分聚合而成的呢?最右边的是Feed,就是微博所有关注的人,他们的微博所组成的。微博我们会按照时间顺序把所有关注人的顺序做一个排序。随着业务的发展,除了跟时间序相关的微博还有非时间序的微博,就是会有广告的要求,增加一些广告,还有粉丝头条,就是拿钱买的,热门微博,都会插在其中。分发控制,就是说和一些推荐相关的,我推荐一些相关的好友的微博,我推荐一些你可能没有读过的微博,我推荐一些其他类型的微博。 当然对非时序的微博和分发控制微博,实际会起多个并行的程序来读取,最后同步做统一的聚合。这里稍微分享一下, 从SNS社交领域来看,国内现在做的比较好的三个信息流: 微博 是 基于弱关系的媒体信息流 ; 朋友圈是基于 强 关系的信息流 ; 另外一个做的比 较 好的就是今日 头 条 , 它并不是基于关系来构建信息流 , 而是基于 兴趣和相关性的个性化推荐 信息流 。 信息流的聚合,体现在很多很多的产品之中,除了SNS,电商里也有信息流的聚合的影子。比如搜索一个商品后出来的列表页,它的信息流基本由几部分组成:第一,打广告的;第二个,做一些推荐,热门的商品,其次,才是关键字相关的搜索结果。 信息流 开始的时候 很 简单 , 但是到后期会 发现 , 你的 这 个流 如何做控制分发 , 非常复杂, 微博在最近一两年一直在做 这样 的工作。刚才我们是从业务上分析,那么技术上怎么解决高并发,高性能的问题?微博访问量很大的时候,底层存储是用MySQL数据库,当然也会有其他的。对于查询请求量大的时候,大家知道一定有缓存,可以复用可重用的计算结果。可以看到,发一条微博,我有很多粉丝,他们都会来看我发的内容,所以 微博是最适合使用 缓 存 的系统,微博的读写比例基本在几十比一。微博使用了 双 层缓 存,上面是L1,每个L1上都是一组(包含4-6台机器),左边的框相当于一个机房,右边又是一个机房。在这个系统中L1缓存所起的作用是什么? 首先,L1 缓 存增加整个系 统 的 QPS, 其次 以低成本灵活扩容的方式 增加 系统 的 带宽 。想象一个极端场景,只有一篇博文,但是它的访问量无限增长,其实我们不需要影响L2缓存,因为它的内容存储的量小,但它就是访问量大。这种场景下,你就需要使用L1来扩容提升QPS和带宽瓶颈。另外一个场景,就是L2级缓存发生作用,比如我有一千万个用户,去访问的是一百万个用户的微博 ,这个时候,他不只是说你的吞吐量和访问带宽,就是你要缓存的博文的内容也很多了,这个时候你要考虑缓存的容量, 第二 级缓 存更多的是从容量上来 规划,保证请求以较小的比例 穿透到 后端的 数据 库 中 ,根据你的用户模型你可以估出来,到底有百分之多少的请求不能穿透到DB, 评估这个容量之后,才能更好的评估DB需要多少库,需要承担多大的访问的压力。另外,我们看双机房的话,左边一个,右边一个。 两个机房是互 为 主 备 , 或者互 为热备 。如果两个用户在不同地域,他们访问两个不同机房的时候,假设用户从IDC1过来,因为就近原理,他会访问L1,没有的话才会跑到Master,当在IDC1没找到的时候才会跑到IDC2来找。同时有用户从IDC2访问,也会有请求从L1和Master返回或者到IDC1去查找。 IDC1 和 IDC2 ,两个机房都有全量的用户数据,同时在线提供服务,但是缓存查询又遵循最近访问原理。还有哪些多级缓存的例子呢?CDN是典型的多级缓存。CDN在国内各个地区做了很多节点,比如在杭州市部署一个节点时,在机房里肯定不止一台机器,那么对于一个地区来说,只有几台服务器到源站回源,其他节点都到这几台服务器回源即可,这么看CDN至少也有两级。Local Cache+ 分布式 缓 存,这也是常见的一种策略。有一种场景,分布式缓存并不适用, 比如 单 点 资 源 的爆发性峰值流量,这个时候使用Local Cache + 分布式缓存,Local Cache 在 应用 服 务 器 上用很小的 内存资源 挡住少量的 极端峰值流量,长尾的流量仍然访问分布式缓存,这样的Hybrid缓存架构通过复用众多的应用服务器节点,降低了系统的整体成本。 我们来看一下 Feed 的存 储 架构,微博的博文主要存在MySQL中。首先来看内容表,这个比较简单,每条内容一个索引,每天建一张表,其次看索引表,一共建了两级索引。首先想象一下用户场景,大部分用户刷微博的时候,看的是他关注所有人的微博,然后按时间来排序。仔细分析发现在这个场景下, 跟一个用户的自己的相关性很小了。所以在一级索引的时候会先根据关注的用户,取他们的前条微博ID,然后聚合排序。我们在做哈希(分库分表)的时候,同时考虑了按照UID哈希和按照时间维度。很业务和时间相关性很高的,今天的热点新闻,明天就没热度了,数据的冷热非常明显,这种场景就需要按照时间维度做分表,首先冷热数据做了分离(可以对冷热数据采用不同的存储方案来降低成本),其次, 很容止控制我数据库表的爆炸。像微博如果只按照用户维度区分,那么这个用户所有数据都在一张表里,这张表就是无限增长的,时间长了查询会越来越慢。二级索引,是我们里面一个比较特殊的场景,就是我要快速找到这个人所要发布的某一时段的微博时,通过二级索引快速定位。 分布式服务追踪系统 分布式追踪服务系统,当系统到千万级以后的时候,越来越庞杂,所解决的问题更偏向稳定性,性能和监控。刚才说用户只要有一个请求过来,你可以依赖你的服务RPC1、RPC2,你会发现RPC2又依赖RPC3、RPC4。分布式服务的时候一个痛点,就是说一个请求从用户过来之后,在后台不同的机器之间不停的调用并返回。 当你发现一个问题的时候,这些日志落在不同的机器上,你也不知道问题到底出在哪儿,各个服务之间互相隔离,互相之间没有建立关联。所以导致排查问题基本没有任何手段,就是出了问题没法儿解决。 我们要解决的问题,我们刚才说日志互相隔离,我们就要把它建立联系。建立联系我们就有一个请求ID,然后结合RPC框架, 服务治理功能。假设请求从客户端过来,其中包含一个ID 101,到服务A时仍然带有ID 101,然后调用RPC1的时候也会标识这是101 ,所以需要 一个唯一的 请求 ID 标识 递归迭代的传递到每一个 相关 节点。第二个,你做的时候,你不能说每个地方都加,对业务系统来说需要一个框架来完成这个工作, 这 个框架要 对业务 系 统 是最低侵入原 则 , 用 JAVA 的 话 就可以用 AOP,要做到零侵入的原则,就是对所有相关的中间件打点,从接口层组件(HTTP Client、HTTP Server)至到服务层组件(RPC Client、RPC Server),还有数据访问中间件的,这样业务系统只需要少量的配置信息就可以实现全链路监控 。为什么要用日志?服务化以后,每个服务可以用不同的开发语言, 考虑多种开发语言的兼容性 , 内部定 义标 准化的日志 是唯一且有效的办法。最后,如何构建基于GPS导航的路况监控?我们刚才讲分布式服务追踪。分布式服务追踪能解决的问题, 如果 单一用 户发现问题 后 , 可以通 过请 求 ID 快速找到 发 生 问题 的 节 点在什么,但是并没有解决如何发现问题。我们看现实中比较容易理解的道路监控,每辆车有GPS定位,我想看北京哪儿拥堵的时候,怎么做? 第一个 , 你肯定要知道每个 车 在什么位置,它走到哪儿了。其实可以说每个车上只要有一个标识,加上每一次流动的信息,就可以看到每个车流的位置和方向。 其次如何做 监 控和 报 警,我们怎么能了解道路的流量状况和负载,并及时报警。我们要定义这条街道多宽多高,单位时间可以通行多少辆车,这就是道路的容量。有了道路容量,再有道路的实时流量,我们就可以基于实习路况做预警? 对应于 分布式系 统 的话如何构建? 第一 , 你要 定义 每个服 务节 点它的 SLA A 是多少 ?SLA可以从系统的CPU占用率、内存占用率、磁盘占用率、QPS请求数等来定义,相当于定义系统的容量。 第二个 , 统计 线 上 动态 的流量,你要知道服务的平均QPS、最低QPS和最大QPS,有了流量和容量,就可以对系统做全面的监控和报警。 刚才讲的是理论,实际情况肯定比这个复杂。微博在春节的时候做许多活动,必须保障系统稳定,理论上你只要定义容量和流量就可以。但实际远远不行,为什么?有技术的因素,有人为的因素,因为不同的开发定义的流量和容量指标有主观性,很难全局量化标准,所以真正流量来了以后,你预先评估的系统瓶颈往往不正确。实际中我们在春节前主要采取了三个措施:第一,最简单的就是有降 级 的 预 案,流量超过系统容量后,先把哪些功能砍掉,需要有明确的优先级 。第二个, 线上全链路压测,就是把现在的流量放大到我们平常流量的五倍甚至十倍(比如下线一半的服务器,缩容而不是扩容),看看系统瓶颈最先发生在哪里。我们之前有一些例子,推测系统数据库会先出现瓶颈,但是实测发现是前端的程序先遇到瓶颈。第三,搭建在线 Docker 集群 , 所有业务共享备用的 Docker集群资源,这样可以极大的避免每个业务都预留资源,但是实际上流量没有增长造成的浪费。 总结 接下来说的是如何不停的学习和提升,这里以Java语言为例,首先, 一定要 理解 JAVA;第二步,JAVA完了以后,一定要 理 解 JVM;其次,还要 理解 操作系统;再次还是要了解一下 Design Pattern,这将告诉你怎么把过去的经验抽象沉淀供将来借鉴;还要学习 TCP/IP、 分布式系 统、数据结构和算法。

hiekay 2019-12-02 01:39:25 0 浏览量 回答数 0

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