主从模式和主备模式的区别在于，从机不仅执行被动的任务，还会执行主动的任务。任务调度器会将任务分类，并将任务分配给主从机。当主机发生故障且无法自动恢复时，需要人工操作将从机升级为主机，增加新机器作为从机。当新的从机准备就绪后，任务调度器将按原本的设计策略分配任务。通过主从模式，能够发挥从机的运算性能，减轻主机的运算压力。但是，主从模式需要加入任务调度功能，实现起来会更加复杂。
集群计算高可用
集群模式将多台服务器组合在一起，作为一个统一的系统对外提供服务。这种架构通常称为故障转移集群。所有服务器共享相同的存储，但使用不同的网络。集群的每个节点具有相同的功能，因为它们可以运行相同工作负载的主系统。如果集群中的某个服务器出现故障，另一台服务器（或节点）将立即接管该服务器，以确保集群支持的服务保持正常运行。使用高可用性集群有助于确保关键系统没有单点故障，并减少或消除停机时间。
一个高可用集群系统必须有一个精心设计的、预先设计好的负载均衡机制，以在集群节点之间分配运算任务。负载均衡器对运算节点进行持续的健康检查，以确保它们可以处理请求。负载均衡机制必须在节点故障的情况下指定确切的故障转移过程。
集群模式解决了故障检测、故障转移及故障修复的问题，能够最大化系统的可用性，但也引入了系统复杂度。在高可用性集群中必须防止的关键情况之一是脑裂。当所有私有内部连接同时被切断，但集群节点仍在运行时，就会发生脑裂。在这种情况下，集群的所有节点可能会错误地认为所有其他节点都已关闭，并尝试启动其他节点已经在运行的服务。对于同一服务的多个版本，所有这些版本都可能暴露给用户，并可能导致数据损坏。向一个HA集群添加过多的虚拟机和主机会导致负载平衡变得困难。
存储高可用
存储高可用通过数据复制实现存储冗余，并进而实现高可用。存储高可用是系统设计的关键点及难点，需保证系统的数据一致、可用、分区容忍。存储高可用常用的架构有主从模式和集群模式。
在主从模式中，主机负责读写并定期复制数据到从机；从机仅承担读操作，可以减轻主节点的访问压力。一旦主机发生宕机，可以通过人工手段将其中一个从节点切换为主节点。主从模式故障时需要人工干预，并且客户端需要感知主从关系，并将不同的操作发给不同的机器进行处理。在此模式下，每个机器上存储的都是全量数据。但是，单机的数据存储量总是有上限的，因此存在存储容量的限制，也不容易扩容。和主从计算高可用类似，一旦主机故障，如果主机不能够自动恢复，则需要人工操作，可用性无法得到保证。
主从高可用存储模式
在集群模式中，多个节点组成存储集群，每个节点负责存储部分数据。存储数据时，根据分片算法，将数据路由到不同的存储节点。集群节点间通过共识算法运行，当有节点宕机时，共识算法会选举新的主节点并调度集群的数据存储。基于共识复制的系统先将写入提议到一个节点，然后复制到一定数量的其他节点。一旦大多数节点确认写入，就可以提交。它可以保证一致性，也可以提供高可用性。从节点可以用来读取数据，从而减少主节点的访问压力。
总结
在过去的几十年里，系统可用性架构取得长足的进步，从主备模式、主从模式到高可用集群，架构师不断在CAP原则的基础上寻求适合自己应用场景的解决方案。主从模式主要应用于需要快速写入的应用场景，而集群模式适用于需要一致性的应用场景。现在，很多系统服务都是在全球范围内部署，服务永远都不会停止。我们还在研究更好的可用性和更大规模的架构。
马耀耀
趣链科技数据网格实验室 BitXMesh后端开发工程师
本文来源：趣链科技桔子
原文标题：「高可用架构设计」的入门秘籍
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