不可用与高可用

不可用的原因

造成不可用的原因有：系统服务器硬件故障；发布新应用的过程；应用程序本身的问题；安全攻击。

网站物理架构中，随机的硬件服务器的故障，比如某台服务器由于硬件故障宕机，可以说不是偶然，而是必然会发生的。尤其是目前互联网企业普遍采用的“牲口”模式集群方案。而且随着网站规模不断扩大，网站后台的服务器数量也越来越多，所以由硬件故障引起问题的概率也是不断飙升。

网站的新版本发布过程中，往往会出现需要重新部署新的应用程序版本，然后再重启服务的情况。如果这个更新过程中不采用特殊技术手段的话，也会造成短暂的服务不可用。而且这种形式的不可用，相比服务器硬件故障的不可用更为常见。原因很简单，互联网网站的功能更新迭代非常快，基本都是以“天”为单位来发布上线的，也就是说几乎每天都有需要中断服务来完成服务升级的可能。

造成网站不可用的最后一个原因是，应用程序本身的问题。比如，发布的应用程序版本身存在潜在的内存泄露，那么经过较长时间的运行积累后，最终会造成服务器的内存被占满，之后必须要靠重启服务来恢复。那么，这个时候就会引入短暂的服务不可用时间。再比如，应用程序在测试环境没有经过充分的测试验证，或者说由于测试环境的配置和实际生产环境之间存在差异，有可能造成应用程序在生产环境部署完后无法使用的情况，从而造成服务不可用。

针对安全攻击需要针对各种攻击手段使用合理的手段防止攻击。对第三方应用的技术及时打补丁，及时改进应用中出现的安全问题。

高可用方案

高可用的度量首先我们看下，什么叫做应用的高可用，以及可用性如何度量。业界通常用多少个 9 来说明互联网应用的可用性。比如说可用性是 4 个 9，就是说服务 99.99% 可用。这句话的意思是，服务要保证在所有的运行时间里只有 0.01% 不可用，也就是说一年大概有 53 分钟不可用。这个 99.99% 就叫做系统的可用性指标，这个值的计算公式是：

一般说来，两个 9 表示系统基本可用，年度不可用时间小于 88 小时；3 个 9 是较高可用，年度不可用时间小于 9 个小时；4 个 9 是具有自动恢复能力的高可用，年度不可用时间小于 53 分钟；5 个 9 指极高的可用性，年度不可用时间小于 5 分钟。一般的数据中心的可用性大多是 4 个 9。

要想让系统能够稳定可用，我们首先要考虑如何避免问题的发生。比如说，我们可以通过 UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）来避免服务器断电，可以通过事先增加机器来解决硬件资源不足的问题。

如果问题真的发生了，我们就要考虑怎么转移故障（Failover）。比如说，我们可以通过冗余部署，当一个节点发生故障时，用其它正常的节点来代替问题节点。

如果故障无法以正面的方式解决，我们就要努力降低故障带来的影响。比如说流量太大，我们可以通过限流，来保证部分用户可以正常使用，或者通过业务降级的手段，关闭一些次要功能，保证核心功能仍旧可用。

最后是要快速恢复系统。我们要尽快找到问题的原因，然后修复故障节点，使系统恢复到正常状态。

第一个设计原则是冗余无单点。

我们要保证系统的各个节点在部署时是冗余的，没有单点。比如在接入层中，我们可以实现负载均衡的双节点部署，这样在一个节点出现问题时，另一个节点可以快速接管，继续提供服务。

第二个设计原则是水平扩展。

对于无状态的计算节点，比如应用层和服务层来说，水平扩展相对容易，我们直接增加机器就可以了；而对于有状态的节点，比如数据库，我们可以通过水平分库做水平扩展，不过这个需要应用一起配合，做比较大的改造。

第三个原则是柔性事务。

在很多业务场景中，系统的可用性比数据的实时一致性更重要，所以在实践中，我们更多地使用 BASE 理论来指导系统设计。在这里，我们努力实现系统的基本可用和数据的最终一致。

第四个原则是系统可降级。

当系统问题无法在短时间内解决时，我们就要考虑尽快止损，为故障支付尽可能小的代价。具体的解决手段主要有以下这几种。

• 限流：让部分用户流量进入系统处理，其它流量直接抛弃。

• 降级：系统抛弃部分不重要的功能，比如不发送短信通知，以此确保核心功能不受影响。

• 熔断：我们不去调用出问题的服务，让系统绕开故障点，就像电路的保险丝一样，自己熔断，切断通路，避免系统资源大量被占用。比如，用户下单时，如果积分服务出现问题，我们就先不送积分，后续再补偿。

• 功能禁用：针对具体的功能，我们设置好功能开关，让代码根据开关设置，灵活决定是否执行这部分逻辑。比如商品搜索，在系统繁忙时，我们可以选择不进行复杂的深度搜索。

最后一个设计原则，是系统可监控。

在实践中，系统的故障防不胜防，问题的定位和解决也非常的困难，所以，要想全面保障系统的可用性，最重要的手段就是监控。

总结

了解了系统不可用的原因，再想怎么解决不可用的问题。这也是系统从不可用到高可用的进化。