分布式架構(gòu)是數(shù)據(jù)中心的未來嗎？

一、什么是數(shù)據(jù)中心?

什么是數(shù)據(jù)中心?百度百科給出定義是：數(shù)據(jù)中心是全球協(xié)作的特定設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，用來在因特網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上傳遞、加速、展示、計(jì)算、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)中心大部分電子元件都是由低直流電源驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的。

數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)生致使人們的認(rèn)識(shí)從定量、結(jié)構(gòu)的世界進(jìn)入到不確定和非結(jié)構(gòu)的世界中，它將和交通、網(wǎng)絡(luò)通訊一樣逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，進(jìn)而對(duì)很多產(chǎn)業(yè)都產(chǎn)生了積極影響。不過數(shù)據(jù)中心的發(fā)展不能僅憑經(jīng)驗(yàn)，還要真正的結(jié)合實(shí)踐，促使數(shù)據(jù)中心發(fā)揮真正的價(jià)值作用，促使社會(huì)的快速變革。

通過上述對(duì)集中式和分布式架構(gòu)在資源處理能力、業(yè)務(wù)支撐能力、安全管理能力、可用性和一致性、運(yùn)維和管理等多個(gè)方面的分析可以看出：

集中式架構(gòu)在系統(tǒng)復(fù)雜度、數(shù)據(jù)一致性、安全措施實(shí)施方便性和運(yùn)維管理復(fù)雜度等方面有一定優(yōu)勢(shì)。分布式架構(gòu)在資源使用成本和擴(kuò)展能力、業(yè)務(wù)部署的靈活和系統(tǒng)可用性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。而且集中式架構(gòu)的復(fù)雜性可以通過加強(qiáng)管理和設(shè)計(jì)降低復(fù)雜度，安全措施則可以通過增加安全系統(tǒng)和手段加強(qiáng)控制，數(shù)據(jù)一致性則需要通過先進(jìn)的分布式系統(tǒng)與大規(guī)模運(yùn)維平臺(tái)來支持，當(dāng)然前提是需要犧牲一定的可用性，這也是分布式架構(gòu)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，下文我們會(huì)進(jìn)行詳細(xì)論述。

四、分布式架構(gòu)建設(shè)的挑戰(zhàn)

隨著數(shù)據(jù)中心信息系統(tǒng)數(shù)量的增加和處理數(shù)據(jù)量越來越大，分布式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯。但是越是先進(jìn)的架構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)也就越大，由于分布式架構(gòu)采用多節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，這種架構(gòu)大的難點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性和可用性上的挑戰(zhàn)，所有的分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)都繞不開這兩個(gè)挑戰(zhàn)。

在分布式架構(gòu)中，有一個(gè)非常著名的CAP理論(又被稱作布魯爾定理)，定義如下：

對(duì)于任何一個(gè)分布式計(jì)算系統(tǒng)，不可能同時(shí)滿足以下三點(diǎn)：一致性(Consistency)、可用性(Availability)和容忍網(wǎng)絡(luò)分區(qū)(Partitiontolerance)。

一致性通常指數(shù)據(jù)一致性，即要求所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)保持一致?？捎眯约匆竺總€(gè)節(jié)點(diǎn)在故障時(shí)都可以提供服務(wù)。容忍網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，通常指各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)通信性能。

根據(jù)CAP理論，分布式系統(tǒng)只能滿足其中兩項(xiàng)而不可能滿足全部三項(xiàng)。

CP模型：不考慮A(可用性)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)具備強(qiáng)一致性。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，那么就將這個(gè)故障節(jié)點(diǎn)丟棄(不考慮A)，否則會(huì)導(dǎo)致各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)同步被無限延長(zhǎng)。為了保證數(shù)據(jù)的一致性，大多數(shù)金融行業(yè)的分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用這一模型，

AP模型：不考慮C(一致性)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間要求高可用。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，并與其他節(jié)點(diǎn)失去聯(lián)系，為了保證節(jié)點(diǎn)的可用性，會(huì)放棄全局?jǐn)?shù)據(jù)一致性(不考慮C)。節(jié)點(diǎn)訪問并使用本地節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致不一致。大多數(shù)非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫采用這一模型，因?yàn)椴恍枰叨鹊臄?shù)據(jù)一致性。

CA模型：不考慮P(容忍網(wǎng)絡(luò)分區(qū))，兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間要求必須具備可用性的同時(shí)又要求數(shù)據(jù)一致。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，為了同時(shí)保證可用性和數(shù)據(jù)一致性，那么只能對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行強(qiáng)制分區(qū)，劃分成多個(gè)不同的分區(qū)來保證C和A，會(huì)導(dǎo)致分區(qū)被割裂。

由以上幾個(gè)模式可以看出，在分布式計(jì)算環(huán)境下，P是必須要現(xiàn)實(shí)的，否則分布式網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通訊就會(huì)出現(xiàn)問題，所以只能在C和A之間做出選擇，即選擇CP模型或者AP模型，實(shí)際的選擇需要根據(jù)自身的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來根據(jù)各個(gè)不同的模型特點(diǎn)進(jìn)行取舍。

對(duì)于一些離線的應(yīng)用或者對(duì)可用性要求不高的業(yè)務(wù)，可以采用CP模型。這一類模型相對(duì)簡(jiǎn)單，但是應(yīng)用場(chǎng)景也有限。例如日志數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都在本地，我們只需要在分布式架構(gòu)中配置一定的冗余節(jié)點(diǎn)和恢復(fù)機(jī)制即可。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，分析系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)等待其他備用節(jié)點(diǎn)恢復(fù)后再繼續(xù)運(yùn)行，因?yàn)槎虝r(shí)間停止不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生太多影響，但是各個(gè)節(jié)點(diǎn)分析的數(shù)據(jù)要求必須保持一致性。

在數(shù)據(jù)中心，核心系統(tǒng)和重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)占比較大，如果采用分布式架構(gòu)，可能即需要高用性也要求數(shù)據(jù)一致性，這是分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)比較大的一個(gè)挑戰(zhàn)。

以金融行業(yè)為例，保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和高可用性是非常重要的一個(gè)需求，可以采用AP模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是數(shù)據(jù)一致性也是要盡量保證的，因?yàn)榻鹑谙到y(tǒng)如果數(shù)據(jù)不一致，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的數(shù)據(jù)問題。關(guān)于數(shù)據(jù)一致性，在分布式架構(gòu)中可以按程度分為強(qiáng)一致性、弱一致性和最終一致性。為了保證金融系統(tǒng)的高可用和業(yè)務(wù)連續(xù)性，數(shù)據(jù)強(qiáng)一致性很難達(dá)到，弱一致性又無法滿足要求，做為取舍，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性。在分布式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)會(huì)被存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)被應(yīng)用修改后，最終一致性不要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)更新數(shù)據(jù)，只要求盡快將各個(gè)節(jié)點(diǎn)更新后的數(shù)據(jù)分布到整個(gè)系統(tǒng)中，這樣在保證系統(tǒng)可用性的同時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性，保證金融行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)要求。當(dāng)然，并不是所有的金融業(yè)務(wù)都可以采用最終一致性的方案，例如核心實(shí)時(shí)交易系統(tǒng)，必要要求實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并保持強(qiáng)一致性，這也是目前大多數(shù)金融機(jī)構(gòu)核心交易系統(tǒng)還在使用集中式架構(gòu)的原因。

分布式云數(shù)據(jù)中心在建設(shè)過程中同樣也面臨一些挑戰(zhàn)，主要包括網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和計(jì)算三個(gè)方面：

在網(wǎng)絡(luò)方面，多個(gè)分布式云數(shù)據(jù)中心之間的通信是個(gè)問題。需要考慮多個(gè)不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)訪問接入、負(fù)載均衡問題。還要滿足分散在多個(gè)云數(shù)據(jù)中心之間的業(yè)務(wù)通信和切換的需要。目前主流的技術(shù)方案是以大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主，打通多個(gè)數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)統(tǒng)一的邏輯網(wǎng)絡(luò)。但是目前各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商之間的大二層網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議不統(tǒng)一，設(shè)備兼容性有一定的問題，這也是分布式云數(shù)據(jù)中心改造所需要解決的一個(gè)問題。

在存儲(chǔ)方面，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源共享并建立高可靠性的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，是一個(gè)比較嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。多個(gè)數(shù)據(jù)中心可能分散在不同地域，各個(gè)數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，可能無法做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，只能采用異步傳輸。那么數(shù)據(jù)一致性和完整性可能就等不到保證。上文提到的應(yīng)用解耦+微服務(wù)架構(gòu)可以解決一部分問題。但是對(duì)于傳統(tǒng)的無法進(jìn)行微服務(wù)改造的應(yīng)用仍然是個(gè)難題。在數(shù)據(jù)一致性和可用性上可能需要一些取舍。

在計(jì)算方面，目前技術(shù)相對(duì)成熟。將資源云化以后，利用云計(jì)算技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源在多個(gè)云數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)一調(diào)度和管理。還可以設(shè)定權(quán)限，進(jìn)行精細(xì)化管理。在計(jì)算方面的一些挑戰(zhàn)，通常指對(duì)計(jì)算資源的管理。例如在某一個(gè)應(yīng)用出現(xiàn)故障時(shí)，是將這個(gè)資源在本地進(jìn)行重建還是在其他云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行遷移和重啟，因?yàn)檫@會(huì)影響到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的其他業(yè)務(wù)訪問，需要提前進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和安排。

五、結(jié)束語

相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建分布式架構(gòu)的云數(shù)據(jù)中心是非常有必要的，它影響著數(shù)據(jù)中心建設(shè)的方方面面。在未來，沒有分布式架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心一定不會(huì)是一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)中心。通過云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展與實(shí)踐，我相信分布式架構(gòu)一定會(huì)成為數(shù)據(jù)中心的未來發(fā)展方向。即使未來數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)不是完全分布式的，但是分布式架構(gòu)也絕對(duì)不會(huì)缺席，一定會(huì)有分布式架構(gòu)的一席之地。

本文名稱：分布式架構(gòu)是數(shù)據(jù)中心的未來嗎？
本文路徑：http://www.muchs.cn/news18/98318.html

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