CAP ve mühendislik takasları

CAP durumları: Ağ ayrımı koşullarında (Partition, P), dağıtılmış bir sistem aynı anda hem güçlü tutarlılığı (Consistency, C) hem de kullanılabilirliği (Availability, A) garanti edemez. P varsa, CP veya AP seçilmelidir. Bölünmelerin yokluğunda, kısıtlama geçerli değildir, ancak diğer tavizler ortaya çıkar - öncelikle gecikme ve maliyet.

Pratik mühendislik CAP'ın ötesine geçer: PACELC önemlidir (eğer P - C veya A'yı seçerse; Aksi takdirde - Gecikme ve Tutarlılık), tutarlılık modelleri, SLA/SLO, kullanım durumları ve iş riskleri arasında seçim yapın.

1) Temel tanımlar (felsefe yok)

Tutarlılık (C): Tüm müşteriler aynı sonucu "sanki" işlemleri sırayla (doğrusallık/güçlü tutarlılık) gerçekleştirilmiş gibi görür.
Kullanılabilirlik (A): Kullanılamayan bir düğüme yapılan her istek, bölünürken bile makul bir zamanda bir yanıtla tamamlanır.
Ayırma (P): Düğümler/bölgesel kümeler arasındaki bağlantının kaybı veya önemli ölçüde bozulması; Esasen - büyük ölçekte "kaçınılmaz".
PACELC: P ise, C veya A'yı seçin; Else (P olmadığında) L (düşük gecikme) veya C'yi (güçlü tutarlılık) seçer.

2) Sezgisel seçim resmi

CP (tutarlılık daha önemlidir): ayırırken, değişmezleri ihlal etmemek için bazı istekleri reddeder/engelleriz. Para, işlemler, denge muhasebesi için uygundur.
AP (kullanılabilirlik daha önemlidir): Her zaman cevap veriyoruz, ancak geçici tutarsızlığı kabul ediyoruz, sonra çakışmaları daraltıyoruz (CRDT/birleştirme kuralları). Sayaçlar, önbelleğe alınmış profiller gibi sosyal yayınlar için uygundur.
CA (aynı anda C ve A): Sadece P'nin yokluğunda mümkündür - yani ağ sağlıklı olduğu sürece. Gerçek operasyonda, "CA'bir tasarım özelliği değil, geçici bir durumdur.

3) PACELC: Gecikmeyi unutma

• Bölgeler arasındaki güçlü tutarlılık = kıtalararası kuorumlar ⇒ p95'e kadar onlarca ila yüzlerce ms.
• Yerel okumalar (düşük L) = daha zayıf garantiler (yazdıklarımı oku, sınırlı staleness, sonuçta).
• PACELC, küresel olarak "hızlı ve katı'ın neden nadir olduğunu açıklamaya yardımcı olur: ışık anlık değildir ve kuorumlar ağ katlanmasıyla büyür.

4) Tutarlılık modelleri (hızlı spektrum)

Doğrusallaştırılabilir/Güçlü: Sıralı bir düzen gibi.
Serileştirilebilir: Bazı sıralı işlem sırasına eşdeğerdir (kayıt seviyesinin üstünde).
Yazdıklarını oku/Monotonik okur: müşteri kendi kaydından sonra yeni değeri okur.
Sınırlı staleness: en fazla N sürümleri/ Δ t okur.
Nihai tutarlılık: tüm kopyalar zamanla birleşir; anlaşmazlıklar çözülmeli.

5) Ürünlerdeki ve protokollerdeki CP ve AP kalıpları (kavramsal olarak)

CP yaklaşımları: Yeterli çoğunluk kayıtları/liderlik (Raft/Paxos), katı işlemler, küresel lider konumları, senkron çoğaltma. Fiyat - P'de bazı taleplerin başarısızlığı ve gecikmelerde artış.
AP yaklaşımları: multi-master/multi-leader, CRDT, gossip distribution, asynchronous replication, conflict resolution (LWW, vector clock, domain merge functions). Fiyat - alan kurallarının geçici tutarsızlığı ve karmaşıklığı.

6) Çok bölgedeki ödünler

Global Lider (CP): Basit mantık, ancak "uzak" bölgeler gecikme ile ödeme yapar; P'de - kayıtları engelleme.
Yerel liderler + asynchron (AP): yerel olarak hızlı yazın, sonra çoğaltın; Çakışan değişiklikler birleştirme gerektirir.
Coğrafi bölümleme: kullanıcı/yargı alanına daha yakın "canlı" veriler; çapraz bölge - yalnızca kümeler.
Sagalar/CRDT olmadan çift yazma yasaktır: aksi takdirde fantomlar ve çift yazmalar elde edilir.

7) Mühendislik Değişmezleri ve İş Çözümleri

Birincisi, değişmezler: asla ihlal edilemeyenler (çifte tüketim, negatif denge, anahtarın benzersizliği) ve sonunda "hayatta kalanlar" (karşı görüş, öneriler).

• Karşılık gelen işlemler için CP hartı> değişmez.
• AP soft- değişmezini çöküş takip eder.

8) Takas azaltma teknikleri

Önbellek ve CQRS: yakın önbellek/projeksiyonlar (AP) aracılığıyla okur, katı günlüğe (CP) yazar.
Bir uzlaşma dili olarak RPO/RTO: ne kadar veri kaybedilebileceği (RPO) ve hızlı bir şekilde nasıl kurtarılacağı (RTO).
Tutarlı kimlik ve saat: monoton zaman damgaları (Hibrit/TrueTime yaklaşımları), ULID/Kar Tanesi.
Sagas/TSS: global kilitler yerine iş telafisi.
CRDT ve etki alanı birleştirme: koleksiyonlar, sayaçlar, "son kazançlar" için.
Sınırlı staleness: UX ve hassasiyet dengesi.

9) Gözlemlenebilirlik, SLO ve olay yönetimi

Okuma/kayıt ve bölgeler için ayrı ayrı gecikme süresine göre SLO (p50/p95/p99).
SLO kullanılabilirlik tarafından, bölgenin feilover dikkate alarak.
Lag replikasyonları/çakışmaları: çakışmaların yüzdesi, ortalama çözüm süresi.
P işaretindeki uyarılar: Bölgeler arası kanalların zaman aşımında bir artış, çekirdek hatalarında bir artış.
Planları bozun: salt okunur mod, yerel bakım ve ardından birleştirme, "pahalı" işlevleri devre dışı bırakma.

10) Strateji seçim kontrol listesi

1. Hangi değişmezler ihlal edilmemelidir? Nihai olarak neye izin veriyor?
2. Düşük gecikmeli bölgeler arası kayıt gerekli mi?
3. Hedef SLO'lar (gecikme/kullanılabilirlik) ve maliyet (çıkış/çoğaltma) nedir?
4. Yalnızca manuel birleştirme veya otomatik (CRDT/kurallar) izin veriyor musunuz?
5. Ağ arızası profili, sıklığı, süresi, patlama yarıçapı nedir?
6. Verilerin yasal olarak yerelleştirilmesi (ikamet) var mı?
7. Her veri türü/işlemi için hangi tutarlılık modeli kabul edilebilir?
8. Nasıl gözlemleyeceksiniz: gecikmeler, çatışmalar, kuorumların durumu?
9. Sistem P'de ne yapar: blok, bozunma, bölünmüş trafik?
10. P'den sonra veri kurtarma ve geri dönüş planı nedir?

11) Tipik hatalar

"CA Forever'ın peşinde. "İlk P'de, seçmek zorundasınız - önceden daha iyi.
Birleştirme kuralları olmadan global multi-master. Çatışmalar verileri ve güveni tüketir.
Güçlü tutarlılık'her yerde. "Fazla kuorum p95/p99 ve bütçeye çarptı.
İşlemler/saga olmadan çift yazma. Kayıp değişmezler ve hayaletler.
PACELC göz ardı ediliyor. Barış zamanında, gecikme acı çeker, fırtınada - erişilebilirlik.
Çatışmaların ve gecikmelerin sıfır telemetrisi. Sorunlar sadece kullanıcı tarafından görülebilir.

12) Hızlı tarifler

Ödeme/denge: Çekirdek ile CP depolama; Sadece lider üzerinden kayıt; Okumalar önbelleğe alınabilir, ancak kritik UX'te - yazdıklarınızı okuyun.
İçerik/besleme: AP çoğaltma + CRDT/birleştirme kuralları; P'de - yerel olarak servis yapın, sonra çökün.
Global SaaS: 'kiracı/bölge'ye göre coğrafi bölümleme; "Ev" bölgesinde (CP) sıkı operasyonlar, raporlar/arama - asenkron projeksiyonlar (AP) aracılığıyla.
Gerçek zamanlı sinyalizasyon: Anycast/edge + AP veri yolu; Kritik komutlar kabul edilen kanaldan (CP) geçer.
Denetim/log: CP garantileri, çevresinde - önbellekler ve projeksiyonlar ile gerçeğin tek kaynağı (yalnızca ek).

13) Mini referans mimarisi (sözlü olarak)

Yazma çekirdeği (CP): lider + çekirdek çoğaltma, katı değişmezler, servisler arası etkiler için sagalar.
Okuma düzlemi (AP): materyalize görünümler, önbellekler, arama dizinleri, eşzamansız güncelleme.
Coğrafi yönlendirme: kullanıcılar'ev "bölgesine girer; P'de - yerel mod + sonraki çoğaltma.
Çatışma motoru: CRDT/kuralları; Çakışma günlüğü ve manuel çözüm araçları.
Gözlemlenebilirlik: Yeterli çoğunluk izleme, gecikmeler, ağ olay haritası.

14) Pratik Gecikme Matematiği (Basit Puan)

Optik ≈ 1000 km'de 5 ms (RTT daha da fazla). Kıtalararası kuorumlar - p95 kolayca> 150-250 ms.
Kaydetmek için herhangi bir "küresel Güçlü" pahalı bir istektir. UX <100-150ms gerektiriyorsa, yerel yazma evi + asenkron sonuçları düşünün.

15) Ayırma politikaları

CP yolu: çoğunluğun dışındaki kayıtları engeller; Salt okunur özelliğini etkinleştir; Kullanıcıya dürüst statüler verin.
AP yolu: yerel olarak hizmet et; Kurtarma sırasında Mark sürümleri - deterministik birleştirme; Çakışmalar ayrıştırma kuyruğuna yükseltilir.

Sonuç

CAP bir dogma değil, bir hatırlatmadır: ağ bölünmeleri kaçınılmazdır ve proje fırtınada neyin feda edileceğini önceden seçmelidir - erişilebilirlik veya katı tutarlılık. PACELC, açık havalarda önemli bir gecikme ekseni ekler. Stratejileri birleştirin: değişmezlerin kutsal olduğu CP çekirdeğini ve hız ve istikrarın daha önemli olduğu AP düzlemini koruyun. Telemetri, bozulma planları ve birleştirme süreçleri yerleştirin - ve sistem hem verileri hem de kullanıcı güvenini koruyacaktır.