8、并行与分布式系统中的通信、原子操作与共识协议

并行与分布式系统中的通信、原子操作与共识协议

1. 云弹性与通信机制

在分布式系统里，云弹性是一项关键特性，它指的是运行在云端的服务能够按需获取资源，并根据资源的使用量进行付费。通信渠道则让并发活动得以协同工作和协调。通信协议能把嘈杂、不可靠的渠道转化为按顺序传递消息的可靠渠道。

并发活动之间的通信方式主要有两种：共享内存和消息传递。像云应用的多个实例、服务器及其客户端等，很多应用都采用消息传递的方式进行通信。消息传递接口（MPI）支持同步和异步通信，在并行与分布式应用中经常被使用。消息传递有助于实现模块化，并且能避免通信活动相互影响，比如服务器出现故障时，在其不可用期间未使用该服务的客户端不会受到影响。

并行应用的通信模式更具结构性，而分布式应用的并发活动通信模式则更加动态和无结构。屏障同步要求并发运行的线程在完成当前任务后，才能一起进入下一个任务。有时，会有一个协调者来协调并发活动之间的通信；而在其他情况下，各个线程可以直接相互通信。

2. 原子操作

2.1 共享资源处理挑战

并行和分布式应用在处理共享资源时需要特别小心。以金融应用为例，共享资源可能是一个账户记录。一个代表交易的线程需要先访问账户读取当前余额，然后更新余额，最后将新余额写回。如果线程在完成这三个步骤之前被中断，并且另一个操作同一账户的线程继续执行，那么金融交易的结果就会出错。另外，处理从一个账户到另一个账户的转账交易时，在完成第一个账户的操作后系统崩溃，会导致数据不一致，即从第一个账户扣除的金额没有存入第二个账户。

2.2 原子操作的概念与特点

在这种情况下，多步骤操作应该能够不受干扰地完成，即操作