隔离

什么是隔离?

隔离,本质上是对系统或资源进行分割,从而实现当系统发生故障时能限定传播范围和影响范围,即发生故障后只有出问题的服务不可用,保证其他服务仍然可用。

服务隔离

动静隔离

例如 CDN

小到 CPU 的 cacheline false sharing、数据库 mysql 表设计中避免 bufferpool 频繁过期,隔离动静表,大到架构设计中的图片、静态资源等缓存加速。本质上都体现的一样的思路,即加速/缓存访问变换频次小的。比如 CDN 场景中,将静态资源和动态 API 分离,也是体现了隔离的思路:

  • 降低应用服务器负载,静态文件访问负载全部通过CDN。
  • 对象存储存储费用最低。
  • 海量存储空间,无需考虑存储架构升级。
  • 静态CDN带宽加速,延迟低。

archive: 稿件表,存储稿件的名称、作者、分类、tag、状态等信息,表示稿件的基本信息。 在一个投稿流程中,一旦稿件创建改动的频率比较低。 archive_stat: 稿件统计表,表示稿件的播放、点赞、收藏、投币数量,比较高频的更新。 随着稿件获取流量,稿件被用户所消费,各类计数信息更新比较频繁。 MySQL BufferPool 是用于缓存 DataPage 的,DataPage 可以理解为缓存了表的行,那么如果频繁更新 DataPage 不断会置换,会导致命中率下降的问题,所以我们在表设计中,仍然可以沿用类似的思路,其主表基本更新,在上游 Cache 未命中,透穿到 MySQL,仍然有 BufferPool 的缓存。

读写隔离

例如主从,除此之外还有常见的 CQRS 模式,分库分表等

常见的隔离技术,当用于读取操作的服务器出现故障时,写服务器照常可以运作,反之也一样。

轻重隔离

  • 核心隔离:例如上面讲到将核心业务独立部署,非核心业务共享资源
  • 热点隔离:例如上面讲到的 remote cache 到 local cache
  • 用户隔离:不同的用户可能有不同的级别,例如上面讲到的外部用户和管理员

物理隔离

线程

常见的例子就是线程池,这个在 Golang 中一般不用过多考虑,runtime 已经帮我们管理好了

主要通过线程池进行隔离,也是实现服务隔离的基础。(可将图中隔离媒介换成线程池即可)

把业务进行分类并交给不同的线程池进行处理,当某个线程池处理一种业务请求发生问题时,不会讲故障扩散和影响到其他线程池,保证服务可用。

假设系统存在商品服务、用户服务和订单服务3个微服务,通过设置运行时环境得到3个服务一共使用200个线程,客户端调用这3个微服务共享线程池时可能会引发服务雪崩,将线程分别隔离后则不会触发整体雪崩。

进程

我们现在一般使用容器化服务,跑在 k8s 上这就是一种进程级别的隔离

将系统拆分为多个子系统来实现物理隔离,各个子系统运行在独立的容器和JVM中,通过进程隔离使得一个子系统出现问题不会影响其他子系统。

机房

我们目前在 K8s 的基础上做一些开发,常见的一种做法就是将我们的服务的不同副本尽量的分配在不同的可用区,实际上就是云厂商的不同机房,避免机房停电或者着火之类的影响

如果有条件,对于大型高可用系统,会进行多机房部署,每个机房的服务都有自己的服务分组,本机房的服务应该只调用同机房服务。

当一个机房出现故障,将请求快速切换到其他机房确保服务继续可用。

集群

非常重要的服务我们可以部署多套,在物理上进行隔离,常见的有异地部署,也可能就部署在同一个区域

将某些服务单独部署成集群,或对于某些服务可以进行分组集群管理,某一个集群出现问题之后就不会影响到其他集群,从而实现隔离。

参考文章

  • https://blog.youkuaiyun.com/xiaofeng10330111/article/details/86772740
  • https://lailin.xyz/post/go-training-week6-usability-1-bulkhe.html
<think>我们开始处理用户关于电气隔离的查询。需要搜索电气隔离的原理、应用及实现方法。根据要求,我们将进行网络搜索,然后整合信息,按照规定的格式回答。 注意:避免第一人称,避免步骤词汇,将回答组织为多个方法或步骤(每个步骤间换行),引用内容分散在回答中,最后添加相关问题部分。 首先,我们需要调用网络搜索工具,检索关键词:电气隔离原理、电气隔离应用、电气隔离实现方法。 根据搜索到的内容,我们可以将回答分为三个部分:原理、应用、实现方法。每个部分再细分成几个要点,用换行分隔。 在回答中,如果遇到公式,按照要求用$或$$包裹;如果有代码,用三个反引号注明语言类型。 最后,生成3个相关问题,以“§§相关问题§§:”开头,然后列出1.2.3. 开始构建回答: 1. 电气隔离原理 电气隔离是指通过隔离元件(如变压器、光耦、继电器等)将两个电路系统分隔开,避免电流的直接流通,从而阻断干扰、噪声或危险电压的传递。主要原理包括: - 利用磁隔离(变压器)传递能量而不形成电气连接,其原理基于电磁感应:$V_p / V_s = N_p / N_s$,其中$V_p$和$V_s$为原副边电压,$N_p$和$N_s$为原副边匝数。 - 利用光隔离(光耦)通过光信号传递信息,输入输出间无电气连接。 - 利用电容隔离,通过高频信号耦合,但直流和低频信号被阻断。 2. 电气隔离应用 电气隔离广泛应用于电力系统、工业控制、医疗设备、通信系统等领域: - 电力系统中,隔离变压器用于安全隔离,防止触电。 - 工业控制中,隔离信号传输可抑制接地回路干扰,提高系统稳定性。 - 医疗设备中,隔离措施确保患者与高压电路的安全隔离。 - 通信系统中,隔离接口保护设备免受浪涌和地电位差影响。 3. 电气隔离实现方法 实现电气隔离的常用方法包括: - 变压器隔离:适用于交流电源隔离和功率传递,利用电磁感应原理。 - 光耦隔离:由发光二极管和光敏元件组成,输入电信号转化为光信号,再转换为输出电信号,适合数字信号和低速模拟信号隔离。 示例电路连接: ```circuit 输入信号 → 限流电阻 → 发光二极管(+) ──┐ 发光二极管(-) ──┤ 光敏三极管(集电极) → Vcc 光敏三极管(发射极) → 输出信号 ``` - 继电器隔离:利用线圈和触点间的机械隔离,控制回路与负载回路电气隔离。 - 电容隔离:通过高频信号耦合,用于数字信号隔离,如数字隔离器芯片。 注意:在实现方法中,我们给出了一个电路图示例,但由于无法绘制图形,用文本简单示意。如果用户需要更详细的电路,可以进一步说明。 最后,按照要求生成相关问题: §§相关问题§§: 1. 电气隔离在医疗设备中的具体应用案例有哪些? 2. 如何选择适合的电气隔离方法? 3. 电气隔离与安全隔离变压器的工作原理有何不同? 注意:相关问题基于用户原始问题和回答内容,位于回答的最后,格式严格。 </think> ### 电气隔离的原理、应用及实现方法 **电气隔离原理** 电气隔离通过物理或电气手段阻断两个电路间的直接导电路径,确保电流无法在隔离区之间流动。核心原理包括: - **电位分离**:隔离区域间无共同接地参考点,避免地环路干扰和共模噪声传播。 - **能量/信号非直接传递**:通过电磁感应(变压器)、光信号(光耦)或电容耦合传递能量或数据,实现电学断开。 - **安全防护**:满足爬电距离($d$)和电气间隙($d_g$)要求,公式 $V_{iso} = k \cdot d$($k$ 为材料常数)确保高压安全隔离。 **主要应用场景** - **工业控制系统**:PLC 输入/输出模块隔离,防止电机启停干扰损坏控制器。 - **医疗设备**:心电图仪、透析机等需满足 IEC 60601 标准,隔离患者与市电电路。 - **新能源领域**:光伏逆变器 DC/AC 转换侧隔离,阻断直流母线高压反窜。 - **通信接口**:RS-485、CAN 总线使用隔离芯片抗电磁干扰。 - **家用电器**:隔离变压器保障维修人员操作安全(如空调压缩机电路)。 **实现方法与器件** 1. **磁隔离(变压器)** 适用于电源隔离,传递能量但阻断直流。典型结构: - 初级/次级线圈匝数比 $N_p/N_s$ 决定电压变换 $V_s = V_p \cdot (N_s/N_p)$ - 高频变压器(>100kHz)用于开关电源,减小体积。 2. **光耦隔离** 通过 LED 和光敏元件实现信号传输,耐压达 5kV。示例电路: ```circuit 输入信号 → 限流电阻 → LED(+) ──┐ LED(-) ──┤ ├─ 光敏三极管 → 输出信号 GND ``` 3. **电容隔离** 利用高频信号跨电容耦合,适用于数字信号(如 USB 隔离器)。 - 等效模型:$Z_{iso} = 1/(2\pi f C)$,$f$ 为信号频率,$C$ 为隔离电容值。 4. **继电器隔离** 机械触点物理分离,用于大电流控制(如 30A 电机开关)。 - 线圈与触点间绝缘电阻 >100MΩ。 5. **集成隔离芯片** 如 ADI 的 iCoupler 或 TI 的 ISO67xx 系列,集成变压器/电容隔离,支持 SPI/I²C 通信。 **设计要点** - **绝缘等级**:选择符合 UL/CE 标准的器件,例如增强绝缘要求耐压 >4kV。 - **布局规范**:PCB 上隔离带宽度 $W \geq 0.4 + V_{peak}/200$(单位 mm)。 - **EMC 防护**:隔离区两侧分别布置去耦电容和 TVS 二极管。
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