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CAAS容器即服务模式应用部署和管理方案TOC\o"1-2"\h\u4621第1章引言 3272781.1容器技术背景 3270281.2CAAS概念与价值 4194141.3方案概述 423621第2章容器技术基础 5178642.1容器原理与架构 5142052.1.1容器原理 570532.1.2容器架构 5143352.2容器编排工具 5277002.2.1DockerCompose 5186002.2.2Kubernetes 5181782.2.3Mesos 6215042.3容器网络与存储 629002.3.1容器网络 6100112.3.2容器存储 614449第3章需求分析与规划 663013.1业务场景分析 6135643.1.1业务背景 6319813.1.2业务需求 748363.1.3业务场景 7309263.2技术需求梳理 7153763.2.1容器技术选型 735803.2.2系统架构设计 753913.2.3运维管理需求 7229153.3部署规划与资源估算 8201113.3.1部署规划 8312023.3.2资源估算 89080第4章容器平台选型 88274.1市场主流容器平台 8288804.1.1Docker 8230764.1.2Kubernetes 8158354.1.3Mesos 8209464.1.4CloudFoundry 9158844.2评估与选型标准 942694.2.1开源与商业化 9255484.2.2功能与功能 957864.2.3可扩展性与兼容性 946374.2.4生态与社区支持 9231634.3容器平台对比分析 9114224.3.1Docker 9247504.3.2Kubernetes 101334.3.3Mesos 10313854.3.4CloudFoundry 105764第5章平台部署与运维 1180675.1环境准备 11155385.1.1硬件环境 1144295.1.2软件环境 11207265.2容器平台部署 11214405.2.1部署容器引擎 11224015.2.2部署容器编排工具 11295865.2.3部署应用 1116225.3平台运维与监控 12169765.3.1运维管理 12302085.3.2监控与告警 1258325.3.3功能优化 1226836第6章应用容器化 12239896.1容器化原则与策略 12259766.1.1原则 12257716.1.2策略 1216796.2应用改造与迁移 13229436.2.1应用改造 13124596.2.2应用迁移 1329466.3容器镜像制作与管理 13104926.3.1镜像制作 1373576.3.2镜像管理 136746第7章应用部署与管理 1378327.1容器编排与调度 13172927.1.1容器编排概述 1412357.1.2容器调度策略 1484587.1.3容器编排与调度实践 1468967.2应用部署策略 14137057.2.1蓝绿部署 14125577.2.2金丝雀部署 14286807.2.3灰度发布 1492697.3应用滚动升级与回滚 14254097.3.1滚动升级策略 14180677.3.2滚动升级实践 14250037.3.3应用回滚策略 1435687.3.4应用回滚实践 1527239第8章服务治理与网络管理 15254378.1服务发觉与负载均衡 15304258.1.1服务发觉 1512788.1.2负载均衡 15301348.2容器网络模型与实现 15131298.2.1CNM简介 16265728.2.2网络实现技术 16279688.3网络策略与安全 16296558.3.1网络策略 16234028.3.2安全机制 1612822第9章数据持久化与存储 16183249.1容器存储方案选型 16137019.1.1存储类型 17121959.1.2存储功能 17184039.1.3数据一致性 17133169.1.4数据冗余与备份 17140639.1.5可扩展性 17262299.2数据卷管理 17175359.2.1数据卷类型 17256629.2.2数据卷生命周期管理 1762389.2.3数据卷使用策略 18161509.3数据备份与恢复 18189689.3.1数据备份 1846769.3.2数据恢复 182583第10章安全性与合规性 181990710.1容器安全策略 182784410.1.1容器安全概述 182032510.1.2安全基线设置 181216310.1.3容器运行时安全 182517410.1.4安全策略实施与监控 182016610.2镜像安全审计 191623610.2.1镜像安全概述 191575710.2.2镜像构建安全 191564310.2.3镜像扫描与漏洞修复 192100510.2.4镜像仓库安全 19514310.3合规性检查与优化 192260410.3.1合规性要求概述 19150410.3.2合规性检查流程 1976510.3.3合规性优化策略 192375510.3.4持续合规性监控与评估 19第1章引言1.1容器技术背景信息技术的飞速发展,云计算、大数据、人工智能等新兴技术逐渐成为企业竞争的核心力量。容器技术作为一种轻量级、可移植的虚拟化技术,自诞生以来,便受到了业界的广泛关注。容器技术能够为应用程序提供独立的运行环境,同时相较于传统的虚拟机技术,容器具有启动速度快、资源占用少、易于迁移和扩展等优势。因此,在云计算和微服务架构的推动下,容器技术已经成为新一代应用部署和管理的热门选择。1.2CAAS概念与价值容器即服务(ContainerasaService,简称CAAS)是一种基于容器技术的云计算服务模式。CAAS为用户提供了一套完整的容器管理平台,包括容器创建、部署、监控、扩展等功能。通过CAAS,企业可以轻松地将容器化的应用部署在云端,实现资源的高效利用和自动化管理。CAAS的概念和价值主要体现在以下几个方面:(1)提高应用部署效率:容器技术可以实现应用快速部署、回滚和升级,降低运维成本。(2)资源隔离与共享:容器为应用提供了独立的运行环境,实现了资源隔离,同时容器之间可以共享操作系统内核,提高资源利用率。(3)弹性伸缩:基于容器技术的自动化管理,可以实现应用的按需伸缩,满足不同场景的业务需求。(4)微服务架构支持:容器技术天然适用于微服务架构,有助于企业实现业务系统的解耦、模块化和持续集成。1.3方案概述本方案旨在为企业提供一套完整的CAAS容器即服务模式应用部署和管理方案。方案主要包括以下部分:(1)容器基础设施:构建稳定、高效的容器运行环境,包括容器引擎、容器网络和存储等。(2)容器编排与管理:利用容器编排工具(如Kubernetes)实现容器应用的自动化部署、扩展和管理。(3)应用生命周期管理:从应用开发、测试、部署到运维的全流程管理,保证应用的高可用性和安全性。(4)监控与优化:实时监控容器功能和资源使用情况,发觉并解决潜在问题,优化应用功能。(5)安全策略:制定并实施容器安全策略,包括镜像安全、网络安全和主机安全等方面。通过本方案的实施,企业将能够充分发挥容器技术的优势,实现应用的高效部署和管理,提升业务竞争力。第2章容器技术基础2.1容器原理与架构容器技术作为云计算领域的一项重要技术,以其轻量级、可移植性强、资源占用低等优势,逐渐成为应用部署和管理的首选方案。本节将介绍容器技术的原理和架构。2.1.1容器原理容器技术基于操作系统内核的隔离机制,为应用程序提供了一个轻量级的运行环境。容器将应用程序及其依赖打包在一起,形成一个独立的运行单元,保证了应用在不同环境中的一致性。容器与传统虚拟化技术相比,无需为每个虚拟机创建独立的操作系统,从而降低了资源消耗。2.1.2容器架构容器架构主要包括以下三个层次:(1)容器引擎:负责容器的创建、运行、停止和销毁等操作。常见的容器引擎有Docker、rkt等。(2)容器镜像:容器镜像是一个轻量级的、可执行的独立软件包,用于创建容器。镜像中包含了运行应用程序所需的所有依赖。(3)容器编排工具:用于管理和调度容器,实现自动化部署、扩缩容、故障转移等功能。2.2容器编排工具容器编排工具是容器技术在实际应用中不可或缺的部分,它可以帮助用户高效地管理和调度容器。以下是一些常见的容器编排工具。2.2.1DockerComposeDockerCompose是一个用于定义和运行多容器Docker应用程序的工具。通过一个配置文件,可以描述应用程序的服务、网络和存储等,然后使用一条命令启动所有服务。2.2.2KubernetesKubernetes是一个开源的容器编排平台,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它支持多种容器引擎,如Docker、rkt等,并提供了强大的集群管理功能。2.2.3MesosApacheMesos是一个开源的分布式系统内核,用于资源管理和任务调度。它可以支持多种资源类型,如CPU、内存、存储等,并将它们分配给各种类型的任务,包括容器。2.3容器网络与存储容器网络和存储是容器技术的重要组成部分,本节将分别介绍容器网络和存储的相关内容。2.3.1容器网络容器网络负责为容器提供网络通信功能。容器网络可以采用以下几种模式:(1)桥接模式:容器与宿主机之间通过虚拟网桥连接,实现容器与宿主机、容器与容器之间的通信。(2)Host模式:容器直接使用宿主机的网络命名空间,与宿主机共享网络配置。(3)Overlay网络:通过在现有网络之上创建一个虚拟网络,实现跨主机容器的通信。2.3.2容器存储容器存储负责为容器提供持久化存储。容器存储可以采用以下几种方式:(1)本地存储:容器直接使用宿主机的文件系统作为存储。(2)网络存储:容器通过网络连接到共享存储,如NFS、GlusterFS等。(3)分布式存储:采用分布式存储系统,如Ceph、Portworx等,为容器提供高可用、高功能的存储服务。第3章需求分析与规划3.1业务场景分析为了深入理解并规划CAAS(容器即服务)模式的应用部署和管理方案,首先需要对业务场景进行详细分析。本节主要从以下几个方面展开:3.1.1业务背景企业数字化转型的不断深入,业务系统对IT基础设施的弹性、可扩展性和高可用性需求日益增长。容器技术作为一种轻量级、可移植的虚拟化技术,逐渐成为企业级应用部署的首选方案。3.1.2业务需求(1)应用快速部署:缩短应用从开发到上线的时间,提高业务响应速度。(2)资源弹性伸缩:根据业务负载自动调整资源分配,保证应用功能稳定。(3)高可用性:保证应用在面临故障时,能够快速恢复,降低故障对业务的影响。(4)易于管理:简化应用部署、运维和管理过程,降低运维成本。3.1.3业务场景在CAAS模式下,企业级应用部署和管理涉及以下业务场景:(1)应用容器化:将传统应用进行容器化改造,使其适应容器环境。(2)容器镜像管理:构建、存储和分发容器镜像,保证应用一致性。(3)容器编排与调度:根据业务需求,自动化部署、扩展和管理容器。(4)服务监控与运维:实时监控容器运行状态,快速响应和处理故障。3.2技术需求梳理在明确业务场景后,本节将对技术需求进行梳理,为后续部署规划提供依据。3.2.1容器技术选型(1)容器引擎:选择成熟稳定的容器引擎,如Docker。(2)容器编排与调度:采用Kubernetes等主流容器编排平台。(3)容器网络:选用Flannel、Calico等容器网络解决方案。(4)容器存储:根据需求选择合适的存储方案,如NFS、Ceph等。3.2.2系统架构设计(1)高可用架构:保证系统在面对节点故障、网络分区等情况下,仍能正常运行。(2)弹性伸缩架构:根据业务负载动态调整资源,满足不同场景需求。(3)安全架构:从容器镜像、网络、访问控制等多方面保证系统安全。3.2.3运维管理需求(1)自动化部署:实现一键式部署、升级和回滚。(2)日志收集与分析:收集容器日志,便于故障排查和分析。(3)监控与告警:实时监控容器功能和资源使用情况,发觉异常及时告警。3.3部署规划与资源估算为了保证CAAS容器即服务模式的应用部署和管理方案顺利实施,本节将进行部署规划和资源估算。3.3.1部署规划(1)基础设施:根据业务需求,选择合适的云服务商或自建数据中心。(2)网络规划:设计合理的网络架构,保证容器间通信安全、高效。(3)存储规划:根据应用数据存储需求,选择合适的存储方案。(4)容器集群规划:根据应用规模,合理规划容器集群规模和节点配置。3.3.2资源估算(1)计算资源:根据应用功能需求,估算CPU、内存等计算资源。(2)存储资源:估算应用数据存储容量,考虑备份、冗余等因素。(3)网络资源:根据应用间通信需求,估算网络带宽。通过以上需求分析与规划,为CAAS容器即服务模式的应用部署和管理提供有力支持。后续章节将详细介绍实施方案和具体操作步骤。第4章容器平台选型4.1市场主流容器平台在选择合适的容器平台时,首先要了解市场主流的容器平台。目前市场上较为流行的容器平台主要包括:4.1.1DockerDocker是容器技术的开创者,是目前最广泛使用的容器平台。它具有简洁的镜像构建、易于部署和迁移等优点,同时拥有庞大的社区支持。4.1.2KubernetesKubernetes是一个开源的容器编排平台,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它支持多种容器平台,如Docker、Rocket等,已成为容器编排领域的标准。4.1.3MesosApacheMesos是一个开源的分布式系统内核,可以支持多种资源调度框架,如Marathon、Chronos等。Mesos可以将容器、虚拟机等资源统一管理,实现高效的资源分配。4.1.4CloudFoundryCloudFoundry是一个开源的PaaS平台,支持多种编程语言和框架。它可以将应用程序容器化,并支持与Kubernetes、Docker等容器平台集成。4.2评估与选型标准为了选择适合企业需求的容器平台,我们需要从以下几个方面进行评估:4.2.1开源与商业化开源容器平台具有免费、社区支持等特点,但可能需要企业自行承担一定的维护和优化工作。商业化容器平台通常提供完善的技术支持和售后服务,但成本较高。企业应根据自身需求选择合适的容器平台。4.2.2功能与功能容器平台应具备以下核心功能:(1)容器生命周期管理:包括创建、启动、停止、删除等操作;(2)镜像仓库管理:支持镜像的构建、存储、推送和拉取;(3)资源调度与编排:实现容器与宿主机资源的合理分配和自动化管理;(4)网络与存储:提供容器网络与存储解决方案,保证应用的高可用性;(5)安全性:保证容器平台及容器的安全性,防止恶意攻击。容器平台的功能也是评估的重要标准,如启动速度、资源利用率等。4.2.3可扩展性与兼容性容器平台应具有良好的可扩展性和兼容性,支持多种操作系统、编程语言和框架,以满足不同场景的需求。4.2.4生态与社区支持容器平台拥有丰富的生态和社区支持,可以帮助企业快速解决技术问题,提高开发效率。4.3容器平台对比分析以下是对市场主流容器平台在功能、功能、可扩展性等方面的对比分析:4.3.1Docker优点:(1)简洁的镜像构建和容器部署;(2)广泛的社区支持,丰富的生态;(3)高度可扩展,支持多种操作系统。不足:(1)单机版DockerSwarm在大规模集群场景下功能受限;(2)安全性问题,如容器逃逸等。4.3.2Kubernetes优点:(1)强大的容器编排和资源调度能力;(2)支持多种容器平台,如Docker、Rocket等;(3)良好的可扩展性和兼容性;(4)丰富的生态和社区支持。不足:(1)学习曲线较陡,部署和维护相对复杂;(2)集群规模较大时,资源消耗较高。4.3.3Mesos优点:(1)高效的资源分配和管理;(2)支持多种资源调度框架;(3)良好的可扩展性和兼容性。不足:(1)相对复杂的架构,部署和维护成本较高;(2)社区支持相对较弱。4.3.4CloudFoundry优点:(1)丰富的语言和框架支持;(2)简化应用程序部署和运维;(3)与其他容器平台(如Kubernetes)集成。不足:(1)对容器技术的支持相对较晚;(2)在容器编排和资源调度方面能力较弱。第5章平台部署与运维5.1环境准备5.1.1硬件环境在本章节中,我们将介绍CAAS(容器即服务)模式下的应用部署和管理方案。在开始部署容器平台之前,首先需要对硬件环境进行准备。硬件环境包括但不限于以下内容:(1)服务器:保证服务器的配置满足应用部署的需求,包括CPU、内存、硬盘等。(2)存储:根据应用需求选择合适的存储设备,如本地硬盘、SAN、NAS等。(3)网络:保证网络环境稳定,支持容器平台所需的网络带宽。5.1.2软件环境(1)操作系统:选择支持容器技术的操作系统,如Linux发行版(CentOS、Ubuntu等)。(2)容器引擎:安装Docker或其他支持容器技术的引擎。(3)容器编排工具:安装Kubernetes或其他容器编排工具,以便于管理和部署容器应用。5.2容器平台部署5.2.1部署容器引擎(1)安装Docker或其他容器引擎。(2)配置容器引擎,如设置存储驱动、网络模式等。(3)启动并验证容器引擎是否正常运行。5.2.2部署容器编排工具(1)安装Kubernetes或其他容器编排工具。(2)配置Kubernetes集群,包括Master节点、Worker节点等。(3)启动并验证Kubernetes集群是否正常运行。5.2.3部署应用(1)编写Dockerfile,构建应用镜像。(2)将应用镜像至镜像仓库。(3)编写Kubernetes的部署配置文件(YAML)。(4)使用kubectl或容器平台提供的界面工具将应用部署至Kubernetes集群。5.3平台运维与监控5.3.1运维管理(1)搭建运维管理平台,实现对容器集群的统一管理。(2)制定运维流程,包括应用升级、故障排查等。(3)配置自动化运维工具,如CI/CD、日志收集等。5.3.2监控与告警(1)部署监控工具,如Prometheus、Grafana等。(2)配置监控指标,如CPU、内存、网络等。(3)设定告警规则,实现故障的及时发觉与处理。5.3.3功能优化(1)分析应用功能瓶颈,进行针对性的优化。(2)调整容器资源限制,保证应用运行稳定。(3)定期对容器平台进行功能评估,持续优化平台功能。第6章应用容器化6.1容器化原则与策略6.1.1原则(1)轻量化:容器应保持轻量化,减少资源占用,提高部署效率。(2)可移植性:容器应用需具备跨平台、跨环境的可移植性。(3)一致性:保证容器在不同环境下的运行结果一致。(4)安全性:遵循安全原则,保证容器内应用的安全性。6.1.2策略(1)标准化:遵循业界标准和最佳实践,进行容器化改造。(2)模块化:将应用拆分为多个模块,实现容器化部署。(3)持续集成与持续部署(CI/CD):采用自动化工具,实现容器镜像的构建、测试和部署。(4)资源隔离:合理配置容器资源,保证容器间资源隔离。6.2应用改造与迁移6.2.1应用改造(1)梳理应用依赖:分析应用所需依赖,进行依赖库的精简和优化。(2)调整应用架构:若应用架构不适应容器化部署,需进行相应调整,如微服务化、无状态化等。(3)优化应用配置:将应用配置与代码分离,实现配置的动态加载。6.2.2应用迁移(1)评估迁移风险:分析应用迁移过程中可能遇到的问题,制定相应的应对措施。(2)制定迁移计划:根据应用特点,制定合理的迁移计划,保证迁移过程的顺利进行。(3)实施迁移:按照迁移计划,逐步将应用迁移至容器环境。(4)验证迁移效果:对迁移后的应用进行功能测试、功能测试等,保证应用正常运行。6.3容器镜像制作与管理6.3.1镜像制作(1)选择基础镜像:根据应用需求,选择合适的基础镜像。(2)编写Dockerfile:遵循Dockerfile编写规范,构建应用镜像。(3)构建镜像:使用dockerbuild命令,根据Dockerfile构建容器镜像。(4)镜像优化:对构建的镜像进行优化,减小镜像体积,提高启动速度。6.3.2镜像管理(1)镜像仓库:将制作好的镜像至镜像仓库,进行统一管理。(2)版本控制:为镜像设置标签,实现版本控制。(3)镜像安全:定期检查镜像漏洞,保证镜像安全。(4)镜像清理:定期清理无用的镜像,释放存储空间。第7章应用部署与管理7.1容器编排与调度容器编排与调度是容器即服务(CAAS)模式中的一环。本章首先介绍容器编排与调度的相关概念和技术,以帮助读者理解如何在CAAS环境中高效地部署和管理应用。7.1.1容器编排概述介绍容器编排的定义、作用以及常见容器编排工具,如Kubernetes、DockerSwarm和Mesos。7.1.2容器调度策略分析容器调度的核心策略,包括静态调度、动态调度和基于机器学习的智能调度。7.1.3容器编排与调度实践结合实际案例,阐述如何在CAAS平台中运用容器编排与调度技术,提高应用部署效率。7.2应用部署策略应用部署策略是保证应用在CAAS环境中稳定、高效运行的关键。本节将介绍几种常见的应用部署策略。7.2.1蓝绿部署详细介绍蓝绿部署的概念、优势、适用场景以及如何在实际项目中应用。7.2.2金丝雀部署解析金丝雀部署的原理、实施步骤及其在CAAS平台中的应用。7.2.3灰度发布阐述灰度发布的概念、分类及其在CAAS环境中的应用。7.3应用滚动升级与回滚应用滚动升级与回滚是保证应用持续迭代和稳定运行的重要手段。以下将详细介绍滚动升级与回滚的相关技术。7.3.1滚动升级策略介绍滚动升级的概念、原理以及如何在不同场景下选择合适的滚动升级策略。7.3.2滚动升级实践通过实际案例,演示如何在CAAS平台中实现应用的滚动升级。7.3.3应用回滚策略阐述应用回滚的触发条件、回滚策略及其在CAAS环境中的应用。7.3.4应用回滚实践结合案例,讲解如何在实际项目中实现应用的回滚,保证应用稳定运行。第8章服务治理与网络管理8.1服务发觉与负载均衡容器即服务(CAAS)模式下,服务发觉与负载均衡是保障应用高可用性和高功能的关键技术。本节将详细介绍CAAS平台中服务发觉与负载均衡的实现机制。8.1.1服务发觉服务发觉是容器编排过程中的重要环节,它保证了在分布式系统中各个服务之间能够准确找到彼此的位置。在CAAS环境中,服务发觉主要通过以下方式实现:(1)内部DNS:容器平台内部维护一套DNS服务,当服务启动时,为其分配一个唯一的DNS名称,其他服务通过该名称进行通信。(2)服务标签:为容器打上标签,便于其他服务通过标签进行发觉。(3)API注册中心:服务启动后,向API注册中心注册自身信息,其他服务通过查询注册中心来发觉所需服务。8.1.2负载均衡负载均衡技术在CAAS平台中起到了关键作用,它能够根据预设策略将请求分发到不同的容器实例,提高系统资源利用率,保证应用的高可用性。常见的负载均衡实现方式如下:(1)四层负载均衡:基于IP地址和端口号进行请求分发,例如使用开源软件如HAProxy、Nginx等。(2)七层负载均衡:基于应用层协议(如HTTP、等)进行请求分发,可以根据请求内容进行智能分发。(3)服务网格:采用服务网格技术,如Istio、Linkerd等,实现细粒度的负载均衡。8.2容器网络模型与实现容器网络模型(ContainerNetworkModel,CNM)是定义容器网络的标准抽象,本节将探讨CNM在CAAS平台中的实现。8.2.1CNM简介CNM定义了容器网络的三种基本组件:沙盒(Sandbox)、端点(Endpoint)和网络(Network)。沙盒包含容器的网络命名空间和相关的网络配置;端点是连接沙盒与网络的接口;网络是一组可以相互通信的端点的集合。8.2.2网络实现技术(1)Overlay网络:在现有网络之上构建一个虚拟网络,实现跨主机容器的通信。常见实现技术有VXLAN、GRE等。(2)Underlay网络:直接使用物理网络设施,为容器提供网络连接。适用于对功能要求较高的场景。(3)容器网络插件:利用第三方网络插件,如Calico、Flannel等,实现容器网络功能。8.3网络策略与安全在CAAS平台中,网络策略与安全是保障服务之间通信安全的关键因素。本节将介绍网络策略与安全的实现方法。8.3.1网络策略网络策略定义了哪些服务可以相互通信,以及如何通信。在CAAS环境中,网络策略可以通过以下方式实现:(1)策略配置文件:编写YAML或JSON格式的策略配置文件,定义服务之间的访问控制。(2)网络策略控制器:通过第三方网络策略控制器,如Calico、Weave等,实现细粒度的网络访问控制。8.3.2安全机制(1)隔离:利用容器隔离技术,保证服务之间相互独立,防止潜在的安全风险。(2)加密通信:采用TLS等加密协议,保障服务之间通信的加密性。(3)防火墙:利用容器平台的防火墙功能,限制服务之间的访问权限。(4)安全审计:定期对网络策略和安全配置进行审计,保证符合安全规范。第9章数据持久化与存储9.1容器存储方案选型在CAAS(容器即服务)模式中,数据持久化与存储是关键环节。合理选型容器存储方案,能够保证应用数据的安全、可靠和高可用。以下为容器存储方案的主要选型考虑因素:9.1.1存储类型(1)分布式存储:适用于大规模、高可用性需求的场景,如Ceph、GlusterFS等;(2)本地存储:适用于对功能要求较高的场景,如NVMeSSD等;(3)网络存储:适用于对数据共享和远程访问有需求的场景,如NFS、iSCSI等。9.1.2存储功能根据应用场景,评估存储方案的IOPS、吞吐量和延迟等功能指标,保证满足业务需求。9.1.3数据一致性选择支持强一致性的存储方案,如分布式

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