CAP و مهندسی تجارت آف

CAP بیان می کند: در شرایط جداسازی شبکه (پارتیشن، P)، یک سیستم توزیع شده نمی تواند به طور همزمان سازگاری قوی (سازگاری، C) و در دسترس بودن (در دسترس بودن، A) را تضمین کند. اگر P وجود داشته باشد، باید CP یا AP انتخاب شود. در صورت عدم تقسیم، محدودیت اعمال نمی شود، اما سایر مصالحه ها ظاهر می شوند - در درجه اول تاخیر و هزینه.

مهندسی عملی فراتر از CAP می رود: PACELC مهم است (اگر P - C یا A را انتخاب کنید ؛ در غیر این صورت - بین Latency و Consistency)، مدل های سازگاری، SLA/SLO، موارد استفاده و خطرات تجاری را انتخاب کنید.

1) تعاریف اساسی (بدون فلسفه)

سازگاری (C): همه مشتریان می بینند که عملیات به صورت متوالی انجام می شود (خطی بودن/سازگاری قوی).
در دسترس بودن (A): هر درخواست به یک گره غیرقابل دسترس با پاسخ در یک زمان معقول، حتی در هنگام تقسیم، تکمیل می شود.
جداسازی (P): از دست دادن یا تخریب قابل توجه اتصال بین گره ها/خوشه های منطقه ای ؛ اساسا - «اجتناب ناپذیر» در مقیاس بزرگ.
PACELC: اگر P، C یا A را انتخاب کنید ؛ else (زمانی که P نیست) L (تاخیر کم) یا C (سازگاری قوی) را انتخاب کنید.

2) تصویر انتخاب بصری

CP (سازگاری مهم تر است): هنگام جداسازی، برخی از درخواست ها را رد/مسدود می کنیم تا ناورداها را نقض نکنیم. مناسب برای پول، معاملات، حسابداری تعادل.
AP (در دسترس بودن مهم تر است): ما همیشه پاسخ می دهیم، اما ما ناسازگاری موقت را می پذیریم، سپس درگیری ها را از بین می بریم (قوانین CRDT/ادغام). مناسب برای خوراک های اجتماعی، مانند شمارنده، پروفایل های ذخیره شده.
CA (C و A در همان زمان): تنها در غیاب P امکان پذیر است - یعنی تا زمانی که شبکه سالم باشد. در عملیات واقعی، «CA» یک حالت موقت است، نه یک ویژگی طراحی.

3) PACELC: تاخیر را فراموش نکنید

• سازگاری قوی بین مناطق = quorums بین قاره ای ⇒ ده ها تا صدها ms به p95.
• خواندن محلی (کم L) = تضمین های ضعیف تر (خواندن من نوشتن، محدودیت محدود، نهایی).
• PACELC توضیح می دهد که چرا «سریع و دقیق» در سطح جهانی نادر است: نور فوری نیست و quorums با تاشو شبکه رشد می کنند.

4) مدل های سازگاری (طیف سریع)

خطی/قوی: به عنوان اگر یک ترتیب متوالی.
سریال قابل تنظیم: معادل برخی از ترتیب متوالی معاملات (بالاتر از سطح رکورد).
Read-your-writes/Monotonic می خواند: مشتری پس از ضبط خود مقدار جدید را می خواند.
staleness محدود: خواندن بیش از N نسخه/ Δ t.
سازگاری نهایی: تمام نسخه ها در طول زمان همگرا می شوند ؛ درگیریها باید حل شود.

5) الگوهای CP و AP در محصولات و پروتکل ها (به صورت مفهومی)

روش CP: گزارش حد نصاب/رهبری (قایق/Paxos)، معاملات سخت، مکان رهبر جهانی، تکرار همزمان. قیمت - عدم موفقیت برخی از درخواست ها در P و افزایش تاخیر.
رویکردهای AP: چند استاد/چند رهبر، CRDT، توزیع شایعات، تکرار ناهمزمان، حل تعارض (LWW، ساعت برداری، توابع ادغام دامنه). قیمت - ناسازگاری موقت و پیچیدگی قوانین دامنه.

مهم: اکثر سیستم های واقعی ترکیبی هستند - CP برای «پول»، AP برای «تغذیه/ذخیره/سیگنال».

6) مبادلات در چند منطقه

رهبر جهانی (CP): منطق ساده، اما مناطق «دور» با تاخیر پرداخت ؛ در P - مسدود کردن سوابق.
رهبران محلی + asynchron (AP): سریع به صورت محلی بنویسید، سپس تکرار کنید ؛ تغییرات متضاد نیاز به ادغام دارند.
تقسیم بندی جغرافیایی: داده ها «زنده» نزدیک به کاربر/حوزه قضایی ؛ متقابل منطقه - فقط aggregates.
نوشتن دوگانه بدون sagas/CRDT ممنوع است: در غیر این صورت فانتوم ها و نوشتن دوگانه به دست می آیند.

7) مهندسی ثابت و راه حل های کسب و کار

اول، ناورداها: چه چیزی هرگز نمی تواند نقض شود (مصرف دوگانه، تعادل منفی، منحصر به فرد بودن کلید) و چه چیزی «باقی می ماند» نهایی (مشاهده شمارنده، توصیه ها).

• CP سخت → ثابت برای عملیات مربوطه.
• AP نرم → ثابت به دنبال فروپاشی.

8) تکنیک های کاهش تجارت

Cache و CQRS: از طریق کش/پیش بینی های نزدیک (AP) خوانده می شود، به log strict (CP) می نویسد.
RPO/RTO به عنوان یک زبان سازش: چقدر داده ها را می توان از دست داد (RPO) و نحوه بازیابی سریع (RTO).
شناسه و ساعت سازگار: زمانهای یکنواخت (رویکردهای Hybrid/TrueTime)، ULID/Snowflake.

Sagas/TSS: جبران خسارت کسب و کار به جای قفل های جهانی

CRDT و ادغام دامنه: برای مجموعه، شمارنده، «آخرین برنده».
staleness محدود: تعادل UX و دقت.

9) قابلیت مشاهده، SLO و مدیریت حوادث

SLO توسط تاخیر (p50/p95/p99) به طور جداگانه برای خواندن/سوابق و مناطق.
SLO توسط در دسترس بودن، با توجه به feilover منطقه است.
تکرار تاخیر/درگیری: درصد درگیری، متوسط زمان حل و فصل.
هشدارها در علامت P: افزایش زمان خروج کانال های بین منطقه ای، افزایش خطاهای حد نصاب.
برنامه های تخریب: حالت فقط خواندنی، تعمیر و نگهداری محلی به دنبال ادغام، غیرفعال کردن توابع «گران».

10) چک لیست انتخاب استراتژی

1. چه کسانی نباید تجاوز کنند ؟ چه چیزی امکان پذیر است ؟

2. آیا یک رکورد بین منطقه ای با تاخیر کم مورد نیاز است ؟

3. SLO های هدف (تأخیر/در دسترس بودن) و هزینه (خروج/تکرار) چیست ؟

4. آیا شما اجازه می دهید ادغام دستی یا فقط خودکار (CRDT/قوانین) ؟

5. مشخصات خرابی شبکه، فرکانس، مدت زمان، شعاع انفجار چیست ؟

6. آیا محلی سازی قانونی داده ها (اقامت) وجود دارد ؟

7. کدام مدل سازگاری برای هر نوع داده/عملیات قابل قبول است ؟

8. چگونه خواهید دید: عقب ماندگی ها، درگیری ها، وضعیت quorums ؟

9. سیستم در P چه کاری انجام می دهد: مسدود کردن، کاهش، تقسیم ترافیک ؟

10. بازیابی اطلاعات و برنامه بازگشت پس از P چیست ؟

11) خطاهای معمول

نوشتن دوگانه بدون معاملات/حماسه. ناورداها و اشباح گمشده

پیگیری «CA برای همیشه». در P اول، شما باید انتخاب کنید - بهتر در پیشبرد.
چند استاد جهانی بدون قوانین ادغام. درگیری ها اطلاعات و اعتماد را می خورند.
ثبات "در همه جا quorums اضافی ضربه p95/p99 و بودجه.
نادیده گرفتن PACELC در زمان صلح، تاخیر رنج می برد، در یک طوفان - دسترسی.
صفر تله متری درگیری ها و عقب ماندگی ها. مشکلات فقط برای کاربران قابل مشاهده است.

12) دستور العمل های سریع

پرداخت/تعادل: ذخیره سازی CP با حد نصاب ؛ ثبت فقط از طریق رهبر ؛ خواندن می تواند ذخیره شود، اما در UX بحرانی - خواندن و نوشتن شما.
محتوا/خوراک: قوانین تکرار AP + CRDT/ادغام ؛ در P - به صورت محلی خدمت می کنند، سپس سقوط می کنند.
SaaS جهانی: تقسیم جغرافیایی بر اساس «مستاجر/منطقه» ؛ عملیات دقیق در منطقه «خانه» (CP)، گزارش/جستجو - از طریق پیش بینی های ناهمزمان (AP).
سیگنالینگ در زمان واقعی: Anycast/Edge + AP bus ؛ دستورات بحرانی از طریق کانال تصدیق شده (CP) عبور می کنند.
حسابرسی/ورود به سیستم: تنها منبع حقیقت (فقط ضمیمه) با تضمین CP، در اطراف - کش ها و پیش بینی ها.

13) معماری مرجع کوچک (به صورت شفاهی)

نوشتن هسته (CP): رهبر + تکرار حد نصاب، ناوردا سخت، sagas برای اثرات interservice.
Read-plane (AP): دیدگاه های تحقق یافته، کش ها، شاخص های جستجو، به روز رسانی ناهمزمان.
مسیریابی جغرافیایی: کاربران وارد منطقه «خانه» می شوند ؛ در P - حالت محلی + تکرار بعدی.
موتور درگیری: CRDT/قوانین ؛ ورود به سیستم درگیری و ابزار حل دستی.
قابلیت مشاهده: ردیابی حد نصاب، عقب ماندگی، نقشه حادثه شبکه.

14) ریاضی تاخیر عملی (نمره ساده)

اپتیک ≈ 5 میلی ثانیه در هر 1000 کیلومتر (RTT حتی بیشتر). بین قاره ای → p95 به راحتی> 150-250 میلی ثانیه.
هر «قوی جهانی» برای ضبط یک درخواست گران است. اگر UX نیاز به <100-150ms داشته باشد، پیامدهای محلی write-home + asynchronous را در نظر بگیرید.

15) سیاست های جداسازی

مسیر CP: سوابق بلوک خارج از حد نصاب ؛ فعال کردن فقط خواندنی ؛ وضعیت صادقانه به کاربر بدهید.
مسیر AP: خدمت به صورت محلی ؛ نسخههای نشاندار در طول بازیابی - ادغام قطعی ؛ تضادها تا صف تجزیه بالا میروند.

نتیجه گیری

CAP یک قاعده نیست، بلکه یک یادآوری است: تقسیمات شبکه اجتناب ناپذیر است و پروژه باید از قبل انتخاب کند که چه چیزی در طوفان قربانی شود - دسترسی یا سازگاری دقیق. PACELC یک محور تاخیر کلیدی را در آب و هوای روشن اضافه می کند. ترکیب استراتژی: نگه داشتن هسته CP که در آن ناوردا مقدس هستند، و هواپیما AP که در آن سرعت و ثبات مهم تر است. تله متری، برنامه های تخریب و فرآیندهای ادغام - و سیستم هر دو داده ها و اعتماد کاربر را حفظ خواهد کرد.