面试题：进程管理之共享内存复杂场景应用

Question

假设你正在开发一个分布式系统，多个节点上的进程需要通过共享内存进行高效通信，同时要保证数据的一致性和系统的容错性。请描述你的整体设计思路，包括如何处理节点故障、网络延迟以及数据版本控制等问题。

Answer 1

整体设计思路

1. 共享内存方案：采用分布式共享内存（DSM）模型，利用如 RDMA（远程直接内存访问）技术实现跨节点内存的直接访问，提高通信效率。同时，结合内存映射文件技术，将共享数据映射到进程地址空间，方便进程直接读写。
2. 数据一致性：使用一致性协议，如 Paxos 或 Raft。以 Raft 为例，选举出一个 leader 节点，所有的数据写入操作先发送到 leader，leader 将数据复制到其他 follower 节点，当多数节点确认接收后，才认为数据写入成功，从而保证数据一致性。
3. 容错性：
   • 节点故障处理：采用冗余设计，每个节点保存部分数据副本。当某个节点故障时，其他节点能够检测到（如通过心跳机制），然后集群重新选举 leader（如果故障节点是 leader），并根据副本数据恢复故障节点的数据，保证系统的正常运行。
   • 网络延迟处理：设置合理的超时机制。对于网络请求，若在规定时间内未收到响应，进行重试操作。同时，在节点间建立多条网络链路，当一条链路出现延迟或故障时，可切换到其他链路。

数据版本控制

1. 版本号机制：为每个共享数据对象分配一个版本号。每次数据更新时，版本号递增。节点在读取数据时，同时获取版本号。当写入数据时，对比当前版本号与读取时的版本号，如果一致则允许写入，并更新版本号；否则拒绝写入，提示数据已被其他节点修改，需重新读取最新数据后再操作。
2. 日志记录：维护操作日志，记录每个数据对象的版本变化及相关操作。当出现数据冲突或需要回溯时，可通过日志进行恢复和一致性修复。