分散式系統的基礎理論：

分散式系統：多臺機器通過網路連線在一起，作為一個整體為上層提供服務。

一、基礎理論知識：資料分佈、複製、一致性、容錯。

1、異常

（1）伺服器宕機（記憶體錯誤，伺服器停電）：如何通過讀取持久化戒指（機械硬碟/固態硬碟）中的資料恢復記憶體資訊，從而恢復宕機前某個一致性狀態。

（2）網路異常（訊息丟失，訊息異常）：網路永遠不可靠，任何一個訊息只有接到對方回覆才可以認為是成功的。系統設計時要假設出現異常，並採取相應的處理措施。

（3）磁碟故障（磁碟損壞，磁碟資料錯誤）：將資料儲存到多臺計算機上，校驗

2、“超時”

分散式儲存系統的“三態”：“成功”，“失敗”，‘超時“。

客戶端像伺服器端發出請求，並且伺服器端執行完了此請求，但伺服器宕機或者網路異常，導致伺服器端不能想客戶端傳送回覆。此時執行結果為超時。（冪等：一直重試直到成功）

二、效能分析

三、資料分佈：雜湊分佈，順序分佈。

（1）雜湊分佈

根據資料的特徵計算雜湊值，並將雜湊值與叢集中的伺服器建立對映關係，從而將不同雜湊值的資料分佈到不同的伺服器上。

雜湊函式取模。（一致性雜湊）

（2）順序分佈（B+樹儲存結構類似）

（3）負載均衡

每個叢集中有一個總控節點，其他為工作節點，由總控節點進行全域性調控。

工作節點通過心跳包，將節點負載相關資訊（cpu,記憶體，磁碟，網路等資源使用率）傳送給主控節點，主控節點計算出工作節點負載以及需要遷移的資料，生成遷移任務，放入遷移佇列中等待執行，負載均衡要控制節奏，若將大量資料同時遷移到工作節點，系統在新增節點的過程中效能會大幅下降。要平滑地進行遷移，一般需要30分鐘到一小時。

（4）複製

一般有多個副本。一個主副本多個備副本，主副本的資料複製到其他備副本。通過複製協議將資料同步到多個儲存節點，並確保多個副本之間資料的一致性。

複製協議：強同步複製和非同步複製（使用者請求是否需要同步到被副本才返回成功）

組提交： 主備副本的複製通過操作日誌來實現。積攢一定的操作日誌，再批量寫入到磁碟中。

操作日誌的原理：利用磁碟的順序讀寫特性，將客戶端的寫請求順序寫入磁碟， 然後應用到記憶體中，由於記憶體是隨機讀寫裝置，可以很容易的通過各種資料結構，比如B+樹將資料有效的組織起來。

一致性與可用性

一致性:讀操作總是能讀出前一個寫操作的資料。

可用性：當某主機發生故障的時候，不影響讀寫操作。

（5）容錯

故障檢測： 租約機制（帶有超時時間的一種授權）

機器A檢測機器B是否發生故障，則A向B發放租約，B持有的租約在有效期內才允許服務，當B的租約快過期時，可以向A請求續約。當B發生故障，或與A的網路發生故障時，機器B的租約將過期，由於不能及時續約，所以B的租約到期，即主動停止服務。A可確保B不再提供服務，B的服務可安全遷移到其他服務。

故障恢復：

分散式儲存系統分為兩種結構：單層結構和雙層結構

單層結構：當一個主副本失效時，主控節點選另一個備副本作為主副本提供服務。若為臨時故障，就等待一小時，重新將其作為副本。若為永久性故障，則重新增加節點，再拷貝資料，成為備副本。

雙層機構：在副本底層有個分散式檔案系統，將所有節點中的資料儲存起來，當主副本發生故障時，主控節點選擇一個節點載入發生故障節點的服務，（通過分散式檔案系統）

總控節點發生故障：要選主。Paxos協議實現分散式鎖服務。

四、分散式協議（租約，複製協議，一致性協議【兩階段提交協議，Paxos協議】）

兩階段提交協議：為了保證跨多個節點操作的原子性。

請求階段：協調者通知所有的參與者準備提交或取消事務，然後進入表決過程。

提交階段：協調者基於第一階段的投票結果進行決策：是提交還是取消。當所有的參與者都同意提交，則提交；若有一個沒有則取消。

Paxos協議：為了確保多個節點對某個投票達成一致。（選主）   提議者（Proposer），接收者（acceptor）

準備：提議者選擇一個提議序號n，向接收者傳送prepare訊息。 接收者收到prepare訊息後，如果提議序號大於他所回覆的所有提議序號，則將上次接收的提議回覆給提議者，並承諾不再回複比n小的提議。

批准：提議者收到了接收者的回覆後，進入批准階段。如果接收者回復了上次回覆的提議，則提議者選擇提議號最大的值發給接受者；否則生成一個新的題議值傳送給接受者。接受者在不誒被自己的承諾的情況下接受這個請求。

確認：若果超過一半的接收者接受，題議值生效。提議者傳送acknowleage 訊息通知所有的接收者提議生效。