高性能服务器架构思路(三)——分布式系统概念

任何的服务器的性能都是有极限的，面对海量的互联网访问需求，是不可能单靠一台服务器或者一个CPU来承担的。所以我们一般都会在运行时架构设计之初，就考虑如何能利用多个 CPU、多台服务器来分担负载，这就是所谓分布的策略。分布式的服务器概念很简单，但是实现起来却比较复杂。因为我们写的程序，往往都是以一个 CPU，一块内存为基础来设计的，所以要让多个程序同时运行，并且协调运作，这需要更多的底层工作。

首先出现能支持分布式概念的技术是多进程。在 DOS 时代，计算机在一个时间内只能运行一个程序，如果你想一边写程序，同时一边听 mp3，都是不可能的。但是，在 WIN95 操作系统下，你就可以同时开多个窗口，背后就是同时在运行多个程序。在 Unix 和后来的 Linux 操作系统里面，都普遍支持了多进程的技术。所谓的多进程，就是操作系统可以同时运行我们编写的多个程序，每个程序运行的时候，都好像自己独占着 CPU 和内存一样。在计算机只有一个 CPU 的时候，实际上计算机会分时复用的运行多个进程，CPU 在多个进程之间切换。但是如果这个计算机有多个 CPU 或者多个 CPU 核，则会真正的有几个进程同时运行。所以进程就好像一个操作系统提供的运行时“程序盒子”，可以用来在运行时，容纳任何我们想运行的程序。当我们掌握了操作系统的多进程技术后，我们就可以把服务器上的运行任务，分为多个部分，然后分别写到不同的程序里，利用上多 CPU 或者多核，甚至是多个服务器的CPU一起来承担负载。

多进程利用多CPU

这种划分多个进程的架构，一般会有两种策略：一种是按功能来划分，比如负责网络处理的一个进程，负责数据库处理的一个进程，负责计算某个业务逻辑的一个进程。另外一种策略是每个进程都是同样的功能，只是分担不同的运算任务而已。使用第一种策略的系统，运行的时候，直接根据操作系统提供的诊断工具，就能直观的监测到每个功能模块的性能消耗，因为操作系统提供进程盒子的同时，也能提供对进程的全方位的监测，比如CPU占用、内存消耗、磁盘和网络 I/O 等等。但是这种策略的运维部署会稍微复杂一点，因为任何一个进程没有启动，或者和其他进程的通信地址没配置好，都可能导致整个系统无法运作；而第二种分布策略，由于每个进程都是一样的，这样的安装部署就非常简单，性能不够就多找几个机器，多启动几个进程就完成了，这就是所谓的平行扩展。

现在比较复杂的分布式系统，会结合这两种策略，也就是说系统既按一些功能划分出不同的具体功能进程，而这些进程又是可以平行扩展的。当然这样的系统在开发和运维上的复杂度，都是比单独使用“按功能划分”和“平行划分”要更高的。由于要管理大量的进程，传统的依靠配置文件来配置整个集群的做法，会显得越来越不实用：这些运行中的进程，可能和其他很多进程产生通信关系，当其中一个进程变更通信地址时，势必影响所有其他进程的配置。所以我们需要集中的管理所有进程的通信地址，当有变化的时候，只需要修改一个地方。在大量进程构建的集群中，我们还会碰到容灾和扩容的问题：当集群中某个服务器出现故障，可能会有一些进程消失；而当我们需要增加集群的承载能力时，我们又需要增加新的服务器以及进程。这些工作在长期运行的服务器系统中，会是比较常见的任务，如果整个分布系统有一个运行中的中心进程，能自动化的监测所有的进程状态，一旦有进程加入或者退出集群，都能即时的修改所有其他进程的配置，这就形成了一套动态的多进程管理系统。开源的 ZooKeeper 给我们提供了一个可以充当这种动态集群中心的