9、系统设计中的可扩展性、可用性与容错性

系统设计中的可扩展性、可用性与容错性

1. 可扩展性

1.1 无状态和有状态服务

HTTP 是无状态协议，使用它的后端服务易于横向扩展。无状态的 HTTP 后端与可横向扩展的数据库读取操作相结合，是讨论可扩展系统设计的良好起点。不过，对共享存储的写入操作是最难扩展的。

1.2 基本负载均衡器概念

每个横向扩展的服务都使用负载均衡器，常见的负载均衡器类型如下：
- 硬件负载均衡器：一种专用物理设备，用于在多个主机之间分配流量，价格昂贵，从几千美元到几十万美元不等。
- 共享负载均衡器服务（LBaaS）：即负载均衡即服务。
- 安装了负载均衡软件的服务器：常见的有 HAProxy 和 NGINX。

在系统设计中，通常不需要在系统图中明确画出负载均衡器，因为它是隐含的，画出并讨论它可能会分散对其他组件和服务的注意力。

1.3 四层和七层负载均衡器

• 四层负载均衡器：在传输层（TCP）运行，根据 TCP 流中前几个数据包提取的地址信息做出路由决策，不检查其他数据包的内容，仅能转发数据包。
• 七层负载均衡器：在应用层（HTTP）运行，具备以下能力：
  • 负载均衡/路由决策：基于数据包的内容。
  • 身份验证：如果缺少指定的身份验证头，可返回 401。
  • TLS 终止：数据中心内的流量安全要求可能低于互联网流量，进行 TLS 终止（HTTPS 转 HTTP）可消除数据中心主机之间的加密/解密开销。但如果应用要求数据中心内的流量加密，则不进行 TLS 终止。