西电分布式系统考试复习

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了西电分布式系统考试复习。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

分布式系统复习要点

by Fa1con_JS

考试形式

8-10道问答题，偏重理解，优缺点评判

分布式系统定义

（20年原题，老师强调）基本定义：各个通过网络互联的独立自治的计算节点组成，这些计算节点通过消息传递的机制进行相互协作，以完成共同的目标。在普通用户角度看来，计算节点内聚在一起，是一个整体，用户在使用系统功能时，往往无法察觉到分布式系统的内部构成和节点之间的协作关系！

基本概念：多个计算节点，网络互联（异构网络互联，可无线，可有线），独立自治，相互协作以完成共同目标，消息传递模型（并非内存共享结构模型！）

**消息传递节点：出错之间是独立的，无共享架构（相互之间物理上不共享，通过计算机网络共享资源）**设计分布式计算算法需要考虑容错（各节点独立自治，网络互联），时钟同步，通信代价（数据量控制，多计算，少交互，尽量避免频繁的通信，与共享结构区分开来），分布式计算和并行计算的关系（子集关系：并行计算包括有分布式计算，分布式计算是并行计算中的一种特殊关系），分布式计算和云计算的关系（严格上说云计算是在用户上看，给用户以一种云的感觉，分布式计算是实现云计算的一个核心技术，但是云计算可以有很多别的实现方式，比如。。。云计算是目标，分布式计算是手段）

构建分布式系统带来的收益

提高计算能力，提高存储能力，提高网络吞吐能力（并发访问能力），提高可靠性（解决局部节点失效问题），提高安全性（解决被局部攻击问题），提高可拓展性（解决瓶颈问题），实现资源共享，实现跨越时空的协同服务（发挥不同节点的优势）

（20年原题）Q.分布式系统的定义

A.见定义模块，这里不再赘述。

（20年原题）Q.同一个物理主机上是否可以包含多个分布式计算节点？为什么？

A:可以包含，因为可以进行虚拟化操作，一台物理设备抽象出多台虚拟设备，虚拟设备之间进行消息传递机制协作，即视为多个分布式计算节点，这些节点统称为分布式虚拟计算节点，也即虚拟节点。

（20年原题）Q.用多个计算节点构成分布式系统可以带来哪些好处？

A.主要包含以下好处：1.提高并发度，提高计算任务完成速率，因为节点变多，各个节点分到的计算任务得到平摊，各任务之间可以并行计算，同时也支持了更多用户同时访问的程度。2.提高容错性：单个节点或局部几个节点失效不会影响整体系统的完善性和正确性，用户只会感觉到系统处理速度变慢，可以通过更换计算设备来进行无缝纠错。3.提高系统可拓展性、开放性及安全性，部分节点被攻击，系统仍然可以正常工作。

(老师强调)用哪些特性衡量分布式系统的优劣

业务层性能：时间复杂度，空间复杂度，通信复杂度（交互复杂度）

（以下为分布式特有）
可拓展性（水平可拓展性：用户增加，简单增加服务器就可以提升系统能力）（垂直可拓展性：加CPU，内存（单机系统升级）可以提升系统能力，如果单线程的设计程序，增加CPU核数不能提升系统能力）
容错性：不能因为局部服务器失效就整体失效，网络接触不良，局部错误尽量不能影响整体系统的功能（可用性，可恢复性）
并发性：单个节点可能要和多个其他端交互，多个客户端同时访问单个节点的问题
透明性：在用户看来，分布式系统应该是一个整体的功能逻辑，用户不需要知道服务器的网络拓扑结构、服务器分布和数量及存储位置等。
开放性：允许节点随时接入随时退出
安全性：局部节点被黑客攻击，分布式系统仍可正常工作
可观测性/可维护性：（可观测性）作为维护员，得知道哪一台服务器失效、负载情况等，所有服务器情况都可以被维护员管理到（可能通过一个可视化系统观测到），非常的清晰。（可维护性）替换特别方便，替换故障节点直接进行原地更换，无需通知他人，而且系统无需停机，用户感觉不到正在维护的过程

分布式系统的故障模型

节点故障模型：失效停止，失效停止重启，拜占庭模型：节点失效后（可能被黑客攻击），仍然参与工作，可能发出错误的数据包，扰乱系统的正常工作。企业内部节点：设置故障模型只需为失效停止模型即可；任何系统（联网的）：容忍拜占庭模型
信道故障：传输延迟的不确定性、网络断裂、丢包、数据包乱序（TCP不考虑该问题）
时钟不同步：各个机器的时钟可能不太一样->时间戳（time-stamp）

设计分布式系统的挑战

容错能力，全局视角问题（节点染色方法，部分节点不知道自己在全局的地位，只能通过和相邻节点沟通解决冲突等）

分布式计算任务的分类

OLTP：在线（联机）事务处理系统（拿到任务请求后要迅速完成，高并发设计，实时性需求非常高）

OLAP：在线（联机）分析处理系统（允许延时长，不太强调并发性，方便数据分析）

准实时处理任务（流处理，介于OLAP和OLTP之间）：（比如商品推荐系统，时效性介于两者之间，不用太快，但也不能太慢）

（19年原题，一整道大题）分布式系统架构模式

C-S模式：负载均衡技术（LB）：如何架构（反向代理），带来的收益（性能，可拓展性提高，容错性提高：某一台设备失效，只是性能会略微下降一点），**常用负载均衡算法，要掌握每个负载策略的优劣势和具体的应用场景，例如轮询，随机负载均衡策略（优：编写简单，劣：随机负载会让缓存失效（随机访问），可能导致一些关键缓存被忽略（比如用户登录密码））**不同层级实现负载均衡（Nginx：传输层负载均衡。网络层负载均衡（IP地址改变），数据链路层负载均衡（LVS，MAC地址改变），应用层负载均衡（目标程序改变等））
主从架构模式（若干从节点，一个主节点，一种C/S结构的模式）（HDFS，MapReduce，Spark等）优点：好设计，从节点宕机不会影响总体功能。由于从节点均服从主节点的调控，安全性较高。缺点：主节点容易成为瓶颈和失效关键节点，解决方式：设计主节点的备份节点
总线模式：消息队列，异步通信，无主通信
对等模式：运行的程序之类完全相同，又称对等互联网络技术，没有客户端或服务器的概念，只有平等的同级节点，同时对网络上的其他节点充当客户端和服务器。优点：去中心化（比特币的根本出发点），可扩展性强（用户可以随意加入随意离开），健壮稳定性，资源共享，优化传播速度，容错性高。缺点：无法确定用户传输内容的真实、无害性，可能容易受到部分用户的攻击而瘫痪失效，建立连接数太多，消息延迟大，以及消息的重复性消除问题？
混合模式（不算单独的，可以视为tradeoff）