分佈式有幾十年的歷史了，但從來沒有想今天這麼火過。從分佈式存儲到微服務架構，從區塊鏈到邊緣計算，無所不在，無人不知。下面我們就分佈式所涉及的基本內容列一個大綱，以供大家學習，瞭解。

本大綱旨在向軟件工程師介紹現實中分佈式系統的基礎知識，以便讓大家獲得對分佈式系統中關鍵術語的直觀理解，並探討生產中問題。

分佈式系統的定義

什麼是分佈式系統？Lamport在1987給出了分佈式的定義

A distributed system is one in which the failure of a computer you didn't even know existed can render your own computer unusable.

一個分佈式系統是那種發生問題後，你都不知道發生在哪裡，最終導致你的計算機變得無法訪問和使用。

上面其實是對分佈式的一個簡單描述，可以說不是嚴格的定義。分佈式是將業務分散在多個處理單元（節點）上，通過單元（單元）間的協作完成一個共同的任務。

分佈式的節點

節點是分佈式的基本單元，英文名為Node。在分佈式系統中節點也是要認真考慮的問題，包含性能和容錯等內容。

• 硬件設備
• 雙網卡冗餘，單網卡的故障會導致節點的不可用，因此需要考慮雙網卡冗餘
• CPU綁定，CPU的緩存對提升性能有很大的幫助，綁定CPU避免進程跨CPU切換導致緩存失效。
• RDMA，高性能的設備對性能的提升非常明顯
• 操作系統
• 內存拷貝對性能的影響
• 零拷貝技術
• 緩存與文件系統
• 編程語言與編譯器
• 程序寫法對性能的影響
• 編譯器優化

分佈式的網絡

網絡是分佈式的基石，分佈式系統只有通過網絡才能將多個節點連接成為一個整體。一般分佈式系統都是基於TCP協議進行的，另外，在TCP的基礎上回封裝自己的私有協議。

• 網絡是節點溝通的通道
• 人類交流通過講話
• 計算機交互通過協議（TCP、UDP、RPC）
• 計算機的協議其實類似人類的語言
• 消息隨時間廣播
• 這是分佈式系統的緩慢部分
• 我們稱這為“延遲latency"
• 網絡會存在各種異常
• 重複Duplicate
• 延誤Delay
• 丟失Drop
• 重新排序Reorder

分佈式協議

由於分佈式系統的複雜性和網絡的不可靠性，因此科學家發明了很多算法來解決這些問題。分佈式領域核心的算法有3類，分佈式解決分佈式一致性的算法，進行負載均衡選路的算法和信息高效分發的協議。

• 分佈式一致性協議
• 二階段提交
• 三階段提交
• Paxos協議
• Raft協議
• ZAB協議
• 選路算法
• DHT一致性哈希算法
• 數據分發算法
• Gossip

分佈式應用

分佈式系統在實際生產中涉及的內容很多，但從應用方面就包括分佈式計算和分佈式存儲。而分佈式存儲又分為IaaS的存儲、KV存儲、表格存儲和緩存等等，內容之多，數不勝數。

分佈式任務處理服務：負責具體的業務邏輯處理

分佈式節點註冊和查詢：負責管理所有分佈式節點的命名和物理信息的註冊與查詢，是節點之間聯繫的橋樑

分佈式DB：分佈式結構化數據存取

分佈式Cache：分佈式緩存數據（非持久化）存取

分佈式文件：分佈式文件存取

網絡通信：節點之間的網絡數據通信

監控管理：蒐集、監控和診斷所有節點運行狀態

分佈式編程語言：用於分佈式環境下的專有編程語言，比如Elang、Scala

分佈式算法：為解決分佈式環境下一些特有問題的算法，比如解決一致性問題的Paxos算法

開源項目：Redis，ZooKeeper，Dubbo，Etcd，Ceph，K8S

上述內容都是進行分佈式開發和設計必須的內容，希望對大家有所幫助。