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isno committed Oct 6, 2024
1 parent 6ed1b85 commit ef5cdf2
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2 changes: 1 addition & 1 deletion balance/balance4.md
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OSI 模型的下三层(物理层、链路层和网络层)称为媒体层(Media Layer),处理的是数据传输的实际介质和路由,上四层(传输层、会话层、表示层和应用层)称为主机层(Host Layer),处理的是主机间的通信。四层负载均衡器的工作模式,主要工作在第二层(数据链路层,改写 MAC 地址)、第三层(网络层,改写 IP 地址)、第四层(传输层,改写 UDP 或 TCP 的连接端口和连接地址,做一些 NAT 之类的操作)。

既然请求已经到了主机层,自然谈不上什么请求转发,只能算作请求代理。但出于习惯,所有的资料都把它们称为四层负载均衡。笔者继续沿用这种惯例,不论是网络层的 IP 处理还是传输层的 NAT 处理,统称四层负载均衡
既然请求已经到了主机层,自然谈不上什么请求转发,只能算作请求代理。但出于习惯,所有的资料都把它们称为四层负载均衡。笔者继续沿用这种惯例,来自客户端的请求,无论是网络层处理,还是在传输层的处理,统称为四层负载均衡处理
2 changes: 1 addition & 1 deletion container/CRI.md
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# 7.4 容器运行时接口的演变

Docker 完全没有预料到:它诞生十多年后,仍然能够再次成为舆论的焦点。事件的起因是 Kubernetes 宣布开始进入废弃 dockershim 支持的倒计时,随后讹传讹被人误以为 Docker 不能再用了。虽说此次事件有众多标题党的推波助澜,但也侧面说明了 Kubernetes 与 Docker 的关系十分微妙。
Docker 完全没有预料到:它诞生十多年后,仍然能够再次成为舆论的焦点。事件的起因是 Kubernetes 宣布进入废弃 dockershim 支持的倒计时,随后讹传讹被人误以为 Docker 不能再用了。虽说此次事件有众多标题党的推波助澜,但也侧面说明了 Kubernetes 与 Docker 的关系十分微妙。

本节,我们把握这两者关系的变化,从中理解容器运行时规范以及 Kubernetes CRI 容器运行时接口的演变。

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4 changes: 2 additions & 2 deletions container/summary.md
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—— by C.A.R. Hoare[^1]
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以 Docker 为代表的容器引擎,通过镜像封装应用及其依赖,对单体应用的测试、发布和部署流程实现了完美闭环。通过 Docker 封装应用,已经成为开发与运维广泛认可的最佳实践。不过,随着应用从单体向分布式演变,手动管理容器的弊端逐渐显现。想要清除容器在大规模系统应用的障碍,唯有以最恰当的方式,解决资源分配、跨节点通信、弹性扩展等一系列容器编排及部署问题。
以 Docker 为代表的容器引擎,通过镜像封装应用及其依赖,对单体应用的测试、发布和部署流程实现了完美闭环。通过 Docker 封装应用,已经成为开发与运维广泛认可的最佳实践。不过,随着应用从单体向分布式演变,手动管理容器的弊端逐渐显现。如果要清除容器在大规模系统应用的障碍,只有以最恰当的方式,解决资源分配、跨节点通信、弹性扩展等一系列容器编排及部署问题。

实现容器自动化部署、扩缩等一系列管理操作的系统称之为容器编排系统。过去十年间,Kubernetes 已成为容器编排系统的事实标准,并成为大数据分析、机器学习以及在线服务领域被广泛认可的最佳技术底座。然而,Kubernetes 在解决复杂问题的同时,也演变为当今最复杂的软件系统之一
实现容器自动化部署、扩缩等一系列管理操作的系统称之为容器编排系统。过去十年间,Kubernetes 已成为容器编排系统的事实标准,并成为大数据分析、机器学习以及在线服务领域被广泛认可的最佳技术底座。然而,Kubernetes 在解决复杂问题的同时,本身也逐渐演变成当今最复杂的软件系统之一

目前,包括官方文档在内的大多数 Kubernetes 资料都聚焦于“怎么做”,鲜有对“为什么这么做”进行解释。自 2015 年起,Google 陆续发布了《Borg, Omega, and Kubernetes》及《Large-scale cluster management at Google with Borg》等论文,分享了开发和运维 Borg、Omega 和 Kubernetes 系统的经验与教训。本章,笔者将从这几篇论文着手,介绍 Google 内部容器系统是怎么演变的。汲取背后的设计思想后,再来深入理解 Kubernetes 关于容器在资源、网络、存储、调度等方面的设计原理和应用。本章内容安排如图 7-0 所示。

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4 changes: 2 additions & 2 deletions distributed-transaction/ACID.md
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想要达成数据的一致性,需要 3 个方面的努力:

- **原子性(A**tomic):通常,原子是指不可分解为更小粒度的东西。指的是事务中所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不会结束在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误,会被恢复到事务开始前的状态,就像这个事务从来没有执行过一样
- **原子性(A**tomic):通常,原子是指不可分解为更小粒度的东西。这里原子性描述的是,客户端发起一个包含多个写操作请求时可能发生的情况,例如只完成了一部分写入操作,系统出现故障了(进程崩溃、网络中断、节点宕机);把多个写入操作纳入到一个原子事务,万一出现上述故障导致无法完成最终提交时,则事务中止,且数据库必须丢弃或者撤销那些局部修改
- **隔离性(I**solation):同时运行的事务不应该互相干扰。例如,如果某个事物进行多次写入,则另一个事物观察到的应该是其全部完成的结果,而不应该看到中间部分结果。隔离性可以防止多个事务并发执行时,由于交叉执行而导致数据的不一致。
- **持久性(D**urability):事务处理结束后,对数据的修改就是永久的,即便系统故障也不会丢失。对于单节点的数据库,持久性意味着数据已经被写入存储设备,如硬盘或者 SSD。对于分布式数据库,持久性则意味着数据已成功复制到多个节点。为了实现持久性保证,数据库必须等到复制完成才能报告事务成功提交。

这也就是常说的事务的“ACID 特性”。值得一提的是,对于一致性而言,A、I、D 是手段,C(Consistency)是 3 者协作的目标,弄到一块完全是为了读起来顺口。


当事务的影响范围局限于本地系统时,一致性通过编码实现起来水到渠成。但倘若事务修改的对象影响涉及外部,如跨越不同的微服务、跨越不同的数据源,甚至跨越多个数据中心时,一致性问题通常很难再使用 A、I、D 来解决。但是,一致性又是分布式系统中必然会遇到且必须要解决的问题。这种情况下,我们需要转变观念,将一致性视为一个多元问题,而非简单的“是或否”的二元问题。根据不同场景的需求,对一致性的强度进行分级讨论,在确保代价可承受的前提下,最大程度地保障系统的一致性。
当事务中修改的操作局限在本地时,一致性通过编码实现起来水到渠成。但倘若事务修改的对象影响涉及外部,如跨越不同的微服务、跨越不同的数据源,甚至跨越多个数据中心时,一致性问题通常很难再使用 A、I、D 来解决。但是,一致性又是分布式系统中必然会遇到且必须要解决的问题。这种情况下,我们需要转变观念,将一致性视为一个多元问题,而非简单的“是或否”的二元问题。根据不同场景的需求,对一致性的强度进行分级讨论,在确保代价可承受的前提下,最大程度地保障系统的一致性。

一致性的强弱程度关乎系统设计权衡。由此,事务处理从一个具体操作上的“编程问题”转变成一个需要全局权衡的“架构问题”。人们在探索这些架构的设计时产生了诸多思路和理论,这其中最为出名的是一致性与可用性的权衡定理 —— CAP 定理。
4 changes: 2 additions & 2 deletions distributed-transaction/summary.md
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提及事务(transaction),最早指本地事务,也就是在本地对某个数据库的多个读、写操作捆绑在一起形成一个操作单元。该操作单元作为一个执行整体要么成功(提交),要失败(中止或回滚),从而保证数据在极端情况下(节点宕机、网络通信失败等)的一致性。不过,分布式系统盛行之后,事务处理的范畴不再局限于数据库内,所有需要保证数据一致性的应用场景,包括但不限于缓存、消息队列、存储、微服务架构之下的数据一致性处理等等,都需要用到事务的机制进行处理。
提及事务(transaction),最早指本地事务,也就是在本地对某个数据库的多个读、写操作捆绑在一起形成一个操作单元。该操作单元作为一个执行整体要么成功(提交),要失败(中止或回滚),从而保证数据在极端情况下(进程崩溃、网络中断、节点宕机)的一致性。不过,分布式系统盛行之后,事务处理的范畴不再局限于数据库内,所有需要保证数据一致性的应用场景,包括但不限于缓存、消息队列、存储、微服务架构之下的数据一致性处理等等,都需要用到事务的机制进行处理。

如果对一致性要求局限于本地时,如何实现事务仅仅是个编码问题。但若操作涉及了多个网络节点,如何保证分布式系统下数据一致性便成了架构设计问题。2000 年以前,人们曾经希望基于两阶段提交(2PC)的事务机制,也能在现代分布式系统中良好运行,但这个愿望被 CAP 定理粉碎。本章,我们深入理解分布式环境下数据一致性和可用性的矛盾,彻底掌握各个分布式事务模型。
当事务中修改的操作局限在本地时,如何实现事务仅仅是个编码问题。但若事务中的修改操作涉及了多个网络节点,如何保证分布式系统下数据一致性便成了架构设计问题。2000 年以前,人们曾经希望基于两阶段提交(2PC)的事务机制,也能在现代分布式系统中良好运行,但这个愿望被 CAP 定理粉碎。本章,我们深入理解分布式环境下数据一致性和可用性的矛盾,彻底掌握各个分布式事务模型。

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8 changes: 5 additions & 3 deletions network/DPDK.md
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2010 年,由 Intel 领导的 DPDK(Data Plane Development Kit,数据平面开发套件)实现了一套基于“内核旁路”思想的高性能网络应用开发解决方案,并逐渐成为了独树一帜的成熟技术体系。

起初,DPDK 实际上是 Intel 为了卖自家的硬件,针对 Intel 处理器和网卡开发的一款高性能的网络驱动组件。DPDK 开源之后,越来越多的厂商参与进来贡献代码,这使得 DPDK 支持更多的处理器和网卡。例如,处理器不仅支持 Intel,还支持 AMD、ARM 等厂商的处理器;网卡支持的范围也包括 Intel 网卡、Mellanox 网卡、ARM 集成网卡等。
起初,DPDK 实际上是 Intel 为了卖自家的硬件,针对 Intel 处理器和网卡开发的一款高性能的网络驱动组件。DPDK 开源之后,越来越多的厂商参与进来贡献代码,这使得 DPDK 开始支持更多的处理器和网卡。例如,处理器不仅支持 Intel,还支持 AMD、ARM 等厂商的处理器;网卡支持的范围也包括 Intel 网卡、Mellanox 网卡、ARM 集成网卡等。

图 3-6 展示了 DPDK 与传统内核网络的区别。在 Linux 系统中,位于用户空间的 DPDK Lib 和 APP 被视为一个普通的用户进程,其编译、连接和加载方式和普通程序没什么区别。但两者网络数据包在 Linux 系统中的传输路径完全不同:

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图 3-7 展示了 DPVS(基于 DPDK 实现的四层负载均衡器)与 LVS(基于 Linux 内核网络实现的四层负载均衡器)的性能对比。从每秒转发数据包数量(Packet Per Second,PPS)指标来看,DPVS 的表现比 LVS 高出 300%。对于海量用户规模的互联网应用来说,动辄需要部署数千、甚至数万台服务器,如果能将单机性能提升十倍甚至百倍,无论是从硬件投入还是运营成本上来看,都能带来非常可观的成本削减。这样的技术变革带来的潜在效益,无疑非常诱人
图 3-7 展示了 DPVS(基于 DPDK 实现的四层负载均衡器)与 LVS(基于 Linux 内核网络实现的四层负载均衡器)的性能对比。根据每秒转发数据包数量(Packet Per Second,PPS)指标来看,DPVS 的表现比 LVS 高出 300%。

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图 3-7 DPVS 与 LVS 的 PPS 性能指标对比 [图片来源](https://github.com/iqiyi/dpvs)
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DPDK 属于硬件厂商主导的“内核旁路”技术。接下来,笔者再介绍由社区开发者主导的另一类“内核旁路”技术。
对于海量用户规模的互联网应用来说,动辄需要部署数千、甚至数万台服务器,如果能将单机性能提升十倍甚至百倍,无论是从硬件投入还是运营成本上来看,都能带来非常可观的成本削减。这样的技术变革带来的潜在效益,无疑非常诱人。

根据本节的前述来看,DPDK 属于硬件厂商主导的“内核旁路”技术。接下来,笔者再介绍由社区开发者主导的另一类“内核旁路”技术。

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