多數(shù)據中心間復制技術的較量
2017-06-26 16:28:44
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? ? ??雖然數(shù)據中心的建設規(guī)模越來越大，但也不可能無限制地擴容下去，這和數(shù)據中心所處的位置、環(huán)境、技術水平、公共設施等都有關系。很多時候，要在多地建設很多座數(shù)據中心，有時是應用的需要，有時是資源限制，也有時是為了數(shù)據備份，甚至到現(xiàn)在還出現(xiàn)了很多新鮮的概念：比如微型數(shù)據中心，云端數(shù)據中心等，不再一味地強調建設超大超強的數(shù)據中心，俗話說“三個臭皮匠頂一個諸葛亮”，未來的數(shù)據中心可以以數(shù)量取勝，而不是個體的大與小。那么問題來了，多個數(shù)據中心之間如何協(xié)調工作，才能達到“1+1大于2”的效果？這就涉及到數(shù)據中心之間的數(shù)據復制技術，必須學會用好復制技術，才能玩轉多數(shù)據中心。
單主復制技術
? ? ??單主復制指的是只有一個主數(shù)據中心有數(shù)據寫權限，完成數(shù)據的寫入工作，同時向其它數(shù)據中心同步數(shù)據，其它數(shù)據中心只提供只讀服務。單主復制技術相當于將主數(shù)據中心的數(shù)據COPY多份，放到其它數(shù)據中心中，供更多人去訪問，但是這些數(shù)據只有讀權限，對于那些交互式的訪問，這種復制技術行不通。為了不影響主數(shù)據中心的寫入性能，同步數(shù)據一般采用異步方式復制，這樣由于時間上的不完全同步，當主數(shù)據中心失效時，其它數(shù)據中心的數(shù)據會有少量丟失，還有多個數(shù)據中心只有一個主數(shù)據中心執(zhí)行寫數(shù)據操作，工作效率低，寫數(shù)據量少，同樣也會影響復制到其它數(shù)據中心的數(shù)據量，最終影響的是整個數(shù)據中心系統(tǒng)的效率。
多主復制技術
? ? ??既然單主復制技術的寫數(shù)據效率太低，于是就出現(xiàn)了多主復制技術。多主實現(xiàn)了多個數(shù)據中心都可以寫數(shù)據，當然也支持讀數(shù)據。多主復制技術需要解決寫請求順序的問題，不同數(shù)據中心所處的位置不同，相同的寫操作在不同的數(shù)據中心執(zhí)行的效果和時間并不同，這就容易出現(xiàn)數(shù)據的差異，導致寫數(shù)據錯誤或者有延遲，這是數(shù)據中心的應用所不能容忍的，這樣一般選擇在地理位置上接近的數(shù)據中心進行同時寫數(shù)據，時延可以得到保障，所以這類多主復制技術一般是部署在兩個數(shù)據中心上，由兩個位置較近的數(shù)據中心同時完成寫數(shù)據，同時兩個數(shù)據中心向其它數(shù)據中心復制數(shù)據，其它數(shù)據中心支持數(shù)據的讀訪問，如果要實現(xiàn)多于兩個數(shù)據中心同時寫數(shù)據，多主復制技術就不適合了。
第二階段提交技術
? ? ??兩階段提交是在分布式系統(tǒng)上實現(xiàn)事務的一種協(xié)議，分布式系統(tǒng)的一個難點是如何保證架構下多個節(jié)點在進行事務性操作的時候保持一致性。二階段提交技術首先假設存在一個節(jié)點作為協(xié)調者，其他節(jié)點作為參與者，所有節(jié)點之間可以進行網絡通信。同時所有節(jié)點都采用預寫式日志，即使節(jié)點損壞日志數(shù)據也不會消失。二階段提交技術也適用于多數(shù)據中心之間數(shù)據復制，在數(shù)據中心里選出一個協(xié)調者，其它充當參與者，按照第二階段提交算法來實現(xiàn)多數(shù)據中心之間的數(shù)據復制。不過，第二階段提交技術也有很大限制，這種方案雖沒有單點錯誤，但由于額外的協(xié)調通訊，它會提高延遲，一個寫操作時間就要達到 200 毫秒的級別，大大降低吞吐量和增加延遲，不適用于那些對吞吐量和時延要求比較高的數(shù)據中心。在協(xié)調者數(shù)據中心在執(zhí)行過程中，所有參與節(jié)點都是事務阻塞型的，當參與者發(fā)生故障，協(xié)調者需要給每個參與者額外指定超時機制，超時后整個事務失敗，沒有容錯機制，參與者可能會一直阻塞下去。如果協(xié)調者在發(fā)出commit消息之后宕機，而唯一接收到這條消息的參與者同時也宕機了，那么即使協(xié)調者通過選舉協(xié)議產生了新的協(xié)調者，這條事務的狀態(tài)也是不確定的，沒人知道事務是否已經被提交。顯然第二階段提交技術也存在問題，當然還有第三階段提交技術，相比第二階段提交增加了超時機制，并在第一階段和第二階段之間增加了一個準備階段，保證了在最后提交階段之前各參與節(jié)點的狀態(tài)是一致的。既然第三階段提交比第二階段好，為何是第二提交階段技術總為人所提及，這是因為第三階段提交會存在數(shù)據不一致的問題，這大大限制了技術的應用。
Paxos一致性算法
? ? ??Paxos是萊斯利蘭伯特于1990年提出的一種基于消息傳遞的算法，被認為是一致性算法中最為有效的一種，其解決了一個分布式系統(tǒng)中數(shù)據一致性問題。Paxos為保證每個節(jié)點執(zhí)行相同的命令序列，需要在每一條指令上執(zhí)行Paxos，以保證每個節(jié)點看到的指令一致。若在多數(shù)據中心之間部署Paxos，可以實現(xiàn)數(shù)據的完全一致性。將Paxos算法部署到數(shù)據中心，可以實現(xiàn)所有的跨數(shù)據中心一切操作，特別用來協(xié)調狀態(tài)在數(shù)據中心間轉移。如果你的應用為一個數(shù)據中心提供數(shù)據，當它需要把數(shù)據轉移到另外一個數(shù)據中心時，這些協(xié)調的工作就需要通過 Paxos ，Paxos 還會用來管理 memcache 和離線處理。因為Paxo算法中也有不少的判斷和交互過程，這直接導致的就是數(shù)據的處理時延高，讀寫效率下降，但數(shù)據基本不會丟失，并且數(shù)據中心之間的數(shù)據也完全一致。