面试题：分布式系统中如何通过冗余策略提升可靠性

Question

在分布式系统里，冗余是提升可靠性的常用手段。请阐述你所了解的冗余策略有哪些，例如数据冗余、服务器冗余等，并说明每种策略是如何在具体场景下增强系统可靠性的，同时分析这些策略可能带来的潜在问题。

Answer 1

数据冗余

1. 策略描述：在多个存储位置保存相同或部分相同的数据。例如，在分布式数据库中，将数据复制到多个节点上。
2. 增强可靠性方式：当某个存储节点出现故障时，其他副本可继续提供数据服务，避免数据丢失和服务中断。如在一个文件存储系统中，将文件在不同机架的服务器上进行多份复制，若其中一台服务器因硬件故障宕机，仍可从其他副本获取文件。
3. 潜在问题：
   • 一致性维护成本高：多个副本数据需要保持一致，更新数据时需协调多个副本，否则易出现数据不一致情况。
   • 存储成本增加：存储多份数据占用更多存储空间，增加硬件成本。

服务器冗余

1. 策略描述：部署多个相同功能的服务器，形成冗余配置。常见的如主备服务器模式和集群模式。
2. 增强可靠性方式：
   • 主备模式：主服务器正常工作时，备服务器处于监控状态。当主服务器故障，备服务器能快速接管其工作，如一些小型网站采用主备服务器架构，主服务器处理用户请求，若主服务器出现网络故障或硬件故障，备服务器可继续提供服务。
   • 集群模式：多台服务器共同处理任务，通过负载均衡器将请求均匀分配到各服务器上。若某台服务器负载过高或出现故障，负载均衡器可将请求分配到其他正常服务器，如大型电商网站的应用服务器集群，可保证高并发下服务的稳定运行。
3. 潜在问题：
   • 资源浪费：在主备模式下，备服务器平时处于闲置状态，造成计算资源浪费。
   • 协调和管理复杂：集群模式下，服务器间的状态同步、任务分配等管理工作变得复杂，需要专业的运维和管理技术。

网络冗余

1. 策略描述：构建多条网络链路或网络设备，以防止单一链路或设备故障导致网络中断。例如，企业网络采用多条互联网接入线路，或在网络核心层部署多台交换机。
2. 增强可靠性方式：当一条网络链路出现故障时，数据可通过其他链路传输。如企业同时接入电信和联通的网络线路，若电信线路因外部施工等原因中断，网络流量可切换到联通线路，确保企业网络服务不中断。在园区网络中，核心层多台交换机通过冗余链路连接，若一台交换机故障，网络拓扑可自动切换，保障网络连通性。
3. 潜在问题：
   • 成本增加：增加网络链路和设备，不仅购买成本上升，还会带来更高的运维成本。
   • 网络配置复杂：多条链路和设备需要合理配置，否则可能出现网络环路等问题，影响网络性能。