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分布式技術(shù)發(fā)展歷程來看，分布式其實(shí)就是用廉價(jià)普通的機(jī)器解決單個(gè)計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜、大規(guī)模數(shù)據(jù)和任務(wù)時(shí)存在的性能和資源瓶頸問題。
如何來衡量一個(gè)分布式系統(tǒng)的優(yōu)劣程度呢？
一般分布式系統(tǒng)的表現(xiàn)好壞表現(xiàn)在以前幾個(gè)方面：
- 性能
- 資源
- 可用性
- 可擴(kuò)展性
性能
其實(shí)對于什么是性能，最常聽說的就是請求的響應(yīng)速度。其實(shí)這只是一方面，不同的系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的要求不一樣，有的關(guān)注吞吐量，有的關(guān)注相應(yīng)時(shí)間，有的關(guān)注完成時(shí)間，沒錯這三個(gè)指標(biāo)就是最常見的性能指標(biāo)。
吞吐量
吞吐量指的是系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)可以處理的任務(wù)數(shù)。
這個(gè)指標(biāo)很直觀的反應(yīng)處一個(gè)系統(tǒng)的性能，就好像在顧客非常多的情況下，看一個(gè)收銀員可以一個(gè)小時(shí)能服務(wù)多少個(gè)顧客。
在互聯(lián)網(wǎng)中吞吐量常常表現(xiàn)為三個(gè)具體的指標(biāo)：
- QPS
- TPS
- BPS
QPS，即查詢數(shù)每秒，用于衡量一個(gè)系統(tǒng)每秒處理的查詢數(shù)。這個(gè)指標(biāo)通常用于讀操作，越高說明對讀操作的支持越好。所以，我們在設(shè)計(jì)一個(gè)分布式系統(tǒng)的時(shí)候，如果應(yīng)用主要是讀操作，那么需要重點(diǎn)考慮如何提高QPS，來支持高頻的讀操作。
TPS，即事務(wù)數(shù)每秒，用于衡量一個(gè)系統(tǒng)每秒處理的事務(wù)數(shù)。這個(gè)指標(biāo)通常對應(yīng)于寫操作，越高說明對寫操作的支持越好。我們在設(shè)計(jì)一個(gè)分布式系統(tǒng)的時(shí)候，如果應(yīng)用主要是寫操作，那么需要重點(diǎn)考慮如何提高TPS，來支持高頻寫操作。
BPS，即比特?cái)?shù)每秒，用于衡量一個(gè)系統(tǒng)每秒處理的數(shù)據(jù)量。對于一些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，我們不能簡單地按照請求數(shù)或事務(wù)數(shù)來衡量其性能。因?yàn)檎埱笈c請求、事務(wù)與事務(wù)之間也存在著很大的差異，比方說，有的事務(wù)大需要寫入更多的數(shù)據(jù)。那么在這種情況下，BPS更能客觀地反應(yīng)系統(tǒng)的吞吐量。
響應(yīng)時(shí)間
響應(yīng)時(shí)間指的是，系統(tǒng)響應(yīng)一個(gè)請求需要花費(fèi)的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間直接影響到用戶體驗(yàn)，對于時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)非常重要。比如用戶搜索導(dǎo)航，特別是用戶邊開車邊搜索的時(shí)候，如果響應(yīng)時(shí)間很長，就會直接導(dǎo)致用戶走錯路。
完成時(shí)間
指的是，系統(tǒng)真正完成一個(gè)請求或處理需要花費(fèi)的時(shí)間。任務(wù)并行（也叫作任務(wù)分布式）模式出現(xiàn)的其中一個(gè)目的，就是縮短整個(gè)任務(wù)的完成時(shí)間。特別是需要計(jì)算海量數(shù)據(jù)或處理大規(guī)模任務(wù)時(shí)，用戶對完成時(shí)間的感受非常明顯。
資源占用
資源占用指的是，一個(gè)系統(tǒng)提供正常能力需要占用的硬件資源，比如CPU、內(nèi)存、硬盤等。
一個(gè)系統(tǒng)在沒有任何負(fù)載時(shí)的資源占用，叫做空載資源占用，體現(xiàn)了這個(gè)系統(tǒng)自身的資源占用情況。比如，你在手機(jī)上安裝一個(gè)App，安裝的時(shí)候通常會提示你有多少KB，這就是該App的空載硬盤資源占用。對于同樣的功能，空載資源占用越少，說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)越優(yōu)秀，越容易被用戶接受。
一個(gè)系統(tǒng)滿額負(fù)載時(shí)的資源占用，叫做滿載資源占用，體現(xiàn)了這個(gè)系統(tǒng)全力運(yùn)行時(shí)占用資源的情況，也體現(xiàn)了系統(tǒng)的處理能力。同樣的硬件配置上，運(yùn)行的業(yè)務(wù)越多，資源占用越少，說明這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得越好。
可用性
可用性，通常指的是系統(tǒng)在面對各種異常時(shí)可以正確提供服務(wù)的能力?？捎眯允欠植际较到y(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，衡量了系統(tǒng)的魯棒性，是系統(tǒng)容錯能力的體現(xiàn)。系統(tǒng)的可用性可以用系統(tǒng)停止服務(wù)的時(shí)間與總的時(shí)間之比衡量。
假設(shè)一個(gè)網(wǎng)站總的運(yùn)行時(shí)間是24小時(shí)，在24小時(shí)內(nèi)，如果網(wǎng)站故障導(dǎo)致不可用的時(shí)間是4個(gè)小時(shí)，那么系統(tǒng)的可用性就是4/24=0.167，也就是0.167的比例不可用，或者說0.833的比例可用。
除此之外，系統(tǒng)的可用性還可以用某功能的失敗次數(shù)與總的請求次數(shù)之比來衡量，比如對網(wǎng)站請求1000次，其中有10次請求失敗，那么可用性就是99%。
你可能經(jīng)常在一個(gè)系統(tǒng)的宣傳語中見到或聽到3個(gè)9（或3N，3 Nines）、5個(gè)9（或9N，9 Nines）。這些宣傳語中所說的3個(gè)9、5個(gè)9，實(shí)際上就是系統(tǒng)廠商對可用性的一種標(biāo)榜，表明該系統(tǒng)可以在99.9%或99.999%的時(shí)間里能對外無故障地提供服務(wù)。
講到了可用性，你可能還會想到一個(gè)非常近似的術(shù)語：可靠性（Reliability）。那可靠性和可用性有什么區(qū)別呢？ 可靠性通常用來表示一個(gè)系統(tǒng)完全不出故障的概率，更多地用在硬件領(lǐng)域。而可用性則更多的是指在允許部分組件失效的情況下，一個(gè)系統(tǒng)對外仍能正常提供服務(wù)的概率。 杰夫 · 迪恩（Jeff Dean）曾在Google I/O大會上透露：谷歌一個(gè)基于1000臺通用計(jì)算機(jī)的集群，一年之內(nèi)就有1000+硬盤會出現(xiàn)故障。由于現(xiàn)在比較常見的分布式系統(tǒng)基本上都是基于通用計(jì)算機(jī)的，這就意味著在這些系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)真正的可靠，所以我們也會在一些場合見到可靠性和可用性交換使用的情況。
可擴(kuò)展性
可擴(kuò)展性，指的是分布式系統(tǒng)通過擴(kuò)展集群機(jī)器規(guī)模提高系統(tǒng)性能(吞吐、響應(yīng)時(shí)間、 完成時(shí)間)、存儲容量、計(jì)算能力的特性，是分布式系統(tǒng)的特有性質(zhì)。
分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷，就是利用集群多機(jī)的能力處理單機(jī)無法解決的問題。然而，完成某一具體任務(wù)所需要的機(jī)器數(shù)目，即集群規(guī)模，取決于單個(gè)機(jī)器的性能和任務(wù)的要求。
當(dāng)任務(wù)的需求隨著具體業(yè)務(wù)不斷提高時(shí)，除了升級系統(tǒng)的性能做垂直/縱向擴(kuò)展外，另一個(gè)做法就是通過增加機(jī)器的方式去水平/橫向擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模。
這里垂直/縱向擴(kuò)展指的是，增加單機(jī)的硬件能力，比如CPU增強(qiáng)、內(nèi)存增大等；水平/橫向擴(kuò)展指的就是，增加計(jì)算機(jī)數(shù)量。好的分布式系統(tǒng)總在追求“線性擴(kuò)展性”，也就是說系統(tǒng)的某一指標(biāo)可以隨著集群中的機(jī)器數(shù)量呈線性增長。
衡量系統(tǒng)可擴(kuò)展性的常見指標(biāo)是加速比（Speedup），也就是一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展后相對擴(kuò)展前的性能提升。
一個(gè)分布式系統(tǒng)是否可以保證每個(gè)指標(biāo)都達(dá)到理性水平？
答案是否定的，無論是高可用，高性能，還是高擴(kuò)展性，都會受到資源占用的限制，說白了就是受到成本的限制。
然而，雖然出于硬件成本、開發(fā)效率等因素的約束，我們無法在性能、可用性、可靠性和資源占用做到面面俱到。所以在不同的業(yè)務(wù)場景中，設(shè)計(jì)者們需要有所取舍。
接下來，我?guī)阋黄鹂匆幌碌湫偷碾娚獭oT、電信、HPC（高性能計(jì)算）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等業(yè)務(wù)或系統(tǒng)對不同指標(biāo)的訴求。
- 電商系統(tǒng)。對于一個(gè)電商系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最看重的是吞吐量，為了處理更多的用戶訪問或訂單業(yè)務(wù)，甚至不惜犧牲一些硬件成本。
- IoT。對于一個(gè)IoT系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)者最看重的是資源占用指標(biāo)，因?yàn)樵谝恍┕δ軜O簡的IoT設(shè)備上RAM、ROM的可用資源通常都是KB級的。
- 電信業(yè)務(wù)。對于電信業(yè)務(wù)而言，最重要的無疑是響應(yīng)時(shí)間、完成時(shí)間，以及可用性。因?yàn)?，你在打電話時(shí)不希望你的聲音半天才被對方聽到，也不希望半天才聽到對方的回應(yīng)，更不希望你的電話無法撥出。
- HPC。HPC系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是任務(wù)執(zhí)行時(shí)間極長，一個(gè)天體物理任務(wù)的分析和計(jì)算通常耗時(shí)數(shù)周甚至數(shù)月。因此，通過水平擴(kuò)展來提高系統(tǒng)的加速比，是HPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要關(guān)注的。
- 大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)任務(wù)的處理時(shí)間可能相對HPC系統(tǒng)來講比較短，但常見的完成時(shí)間也達(dá)到了小時(shí)級，所以擴(kuò)展性也是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)首先要考慮的。
- 云計(jì)算。對于一個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)而言，常見任務(wù)是虛擬主機(jī)或容器的創(chuàng)建、資源調(diào)整、銷毀等操作，如何減少這些操作的完成時(shí)間，從而提升用戶體驗(yàn)是設(shè)計(jì)者們要重點(diǎn)關(guān)注的。另外，云計(jì)算系統(tǒng)本質(zhì)上賣的是資源，那么降低系統(tǒng)本身的資源開銷，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重。
- 區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈的吞吐量比較低，比特幣的TPS只有7次每秒，單平均一次交易的確認(rèn)就需要10分鐘左右，因此吞吐量和完成時(shí)間通常是區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的首要目標(biāo)。
文章題目：分布式技術(shù)：從原理到應(yīng)用全面解析分布式技術(shù)的魅力與未來之分布式衡量指標(biāo)
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