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文档简介
1/1高可用性和容错机制的实现第一部分高可用性架构设计原则 2第二部分容错机制种类与原理 3第三部分副本复制和主备热切换 6第四部分负载均衡与流量分发 8第五部分自动故障恢复与自我修复 11第六部分健康检查与健康度评估 14第七部分异地多活容灾方案 17第八部分高可用与容错性能评估 19
第一部分高可用性架构设计原则高可用性架构设计原则
1.冗余
*硬件冗余:复制关键组件(如服务器、存储设备),以在发生故障时提供备份。
*软件冗余:使用集群或负载均衡器等技术来并行运行多个实例,以确保应用程序或服务的可用性。
2.弹性
*自动故障切换:检测故障并自动将流量重新路由到备份系统。
*自我修复:应用程序或系统能够自动恢复故障,无需人工干预。
3.可伸缩性
*水平可伸缩性:添加或删除资源(如服务器)以适应工作负载的变化。
*垂直可伸缩性:升级现有资源以提高容量。
4.隔离
*故障域:将应用程序和系统组件隔离到独立的故障域中,以限制故障影响范围。
*隔离层:使用虚拟化、隔离墙或其他技术,在不同服务之间创建边界,防止故障传播。
5.监控和告警
*持续监控:使用监控工具监视关键指标(如系统健康、性能和错误)。
*自动告警:触发告警,以通知管理员潜在故障或性能问题。
6.灾难恢复计划
*异地冗余:将关键应用程序和数据复制到另一个地理位置,以应对自然灾害或区域性故障。
*备份和恢复:定期备份数据并制定恢复计划,以在发生灾难时恢复服务。
7.维护和更新
*滚动更新:分阶段更新应用程序或系统,以最小化故障风险。
*故障演练:定期进行故障演练,以测试高可用性机制并识别改进领域。
8.实践和经验
*选择合适的技术:根据应用程序或服务的特定需求选择合适的冗余、弹性和可伸缩性技术。
*自动化流程:自动化故障切换和自我修复等流程,以提高响应速度和可靠性。
*持续改进:定期审查和改进高可用性架构,以适应不断变化的技术格局和业务需求。第二部分容错机制种类与原理容错机制种类与原理
容错机制旨在检测、隔离和恢复系统中的错误,确保系统的可靠性和可用性。常见的容错机制类型及其原理如下:
1.冗余
冗余是通过创建和维护系统组件的多个副本来实现容错。当一个组件发生故障时,可以立即切换到其冗余副本,从而保持系统的正常运行。
2.故障转移
故障转移是一种主动冗余形式,其中备用系统或组件不断监控主系统。当检测到故障时,备用系统将自动接管主系统的职责,从而实现无缝切换。
3.故障隔离
故障隔离旨在限制故障对系统其他部分的影响。通过将系统组件彼此隔离,故障可以被限制在局部区域内,从而防止其传播到整个系统。
4.错误检测和纠正
错误检测和纠正(ECC)技术通过冗余编码来检测和纠正错误。当数据在系统中传输或存储时,ECC代码将附加信息添加到原始数据中。如果检测到错误,ECC代码可以自动识别和修复损坏的数据。
5.预防性维护
预防性维护涉及定期检查和服务系统组件,以预防故障的发生。通过主动识别潜在问题,可以及早采取措施以防止故障。
6.诊断和恢复
诊断和恢复机制旨在帮助系统操作员快速识别和响应故障。诊断工具可以自动检测错误并提供有关故障原因的信息。恢复机制则允许操作员快速恢复系统并使其恢复正常运行。
7.容错编程技术
容错编程技术在软件设计阶段就考虑了容错性。它使用特殊编程技术来检测和处理错误,从而提高系统的整体健壮性。
8.多重冗余
多重冗余涉及使用多个冗余机制来提高容错能力。例如,可以使用N+1或N+M冗余方案,其中N表示主系统所需的组件数量,而M表示冗余组件数量。
9.分布式系统
分布式系统通过将系统任务和数据分散到多个物理设备上来实现容错。通过消除单点故障,分布式系统可以提高可用性并降低整体故障风险。
10.虚拟化
虚拟化技术使多个虚拟机可以在单个物理服务器上运行。当一个虚拟机发生故障时,可以将其迁移到另一个服务器,从而实现故障转移和容错。
11.云计算
云计算平台提供内置的容错机制,例如多区域部署和自动故障转移。通过利用云基础设施,企业可以提高应用程序和服务的高可用性和容错能力。
12.数据保护
数据保护机制,例如数据备份和复制,通过定期创建和维护数据副本来保护系统免受数据丢失。如果发生数据损坏或丢失,可以从备份中恢复数据,从而实现容错。第三部分副本复制和主备热切换关键词关键要点副本复制
1.副本类型:同步副本(实时更新)和异步副本(定期更新);前者保证数据强一致性,后者提高可用性。
2.副本机制:读写副本(读写请求均可处理)和只读副本(仅处理读请求);前者提高并发能力,后者降低成本。
3.副本管理:副本创建、删除、故障检测和恢复;确保副本的一致性和可用性,并优化存储资源分配。
主备热切换
1.切换方式:手动切换(管理员触发)和自动切换(系统感知故障);前者控制性强,后者响应迅速。
2.切换类型:无缝切换(应用程序无感知)和有感知切换(应用程序需适应变化);前者保证业务连续性,后者可定制切换行为。
3.切换管理:切换过程监控、切换回滚、冗余主节点配置;确保切换可靠性和业务恢复能力。副本复制
副本复制是一种高可用性技术,它通过将数据存储在多个结点上,以确保在单个结点出现故障时,数据仍然可用。副本复制可以分为以下几种类型:
*镜像复制:每个结点都拥有数据的完整副本。当某个结点发生故障时,另一个结点可以立即接管,而不会丢失数据。
*异步复制:数据的副本会被异步复制到其他结点上。当某个结点发生故障时,其他结点可能无法立即获得最新的数据,但最终会同步。
*半同步复制:数据在复制到多数结点后才被提交。这可以确保数据的安全性,但增加了延迟。
主备热切换
主备热切换是一种容错机制,它通过指定一个主结点和一个或多个备用结点来实现。主结点负责处理所有写入操作,而备用结点则实时复制主结点的状态。当主结点发生故障时,备用结点将自动切换为新的主结点,而不会丢失数据。
主备热切换系统通常包含以下组件:
*主结点:负责处理所有写入操作。
*备用结点:实时复制主结点的状态。
*监控系统:监视主结点的健康状况,并在主结点发生故障时触发切换。
*仲裁机制:在有多个备用结点时,选出新的主结点。
主备热切换系统的工作流程如下:
1.主结点处理所有写入操作。
2.备用结点实时复制主结点的状态。
3.监控系统监视主结点的健康状况。
4.当主结点发生故障时,监控系统触发切换。
5.仲裁机制选出新的主结点。
6.新的主结点接管所有写入操作。
副本复制和主备热切换的比较
副本复制和主备热切换是两种实现高可用性和容错的不同方法。副本复制通过在多个结点上存储数据的副本,实现了数据冗余和快速恢复。主备热切换通过指定一个主结点和一个或多个备用结点,实现了自动故障转移。
两种方法各有优缺点:
*副本复制提供较高的数据可用性,但开销较大,因为需要在所有结点上存储数据的副本。
*主备热切换开销较小,但数据可用性略低于副本复制,因为在主结点发生故障时,可能需要一些时间才能切换到备用结点。
在选择使用哪种方法时,需要考虑以下因素:
*应用程序的容错要求:数据丢失或不可用的容忍度。
*系统的性能要求:开销和延迟的容忍度。
*成本:硬件和软件开销的预算。
其他注意事项
除了副本复制和主备热切换之外,还有其他实现高可用性和容错的机制,例如:
*集群:将多个服务器组合在一起,以提供单一故障点。
*负载均衡:将请求分布到多个服务器上,以提高性能和可用性。
*故障转移:将应用程序或服务从一个数据中心转移到另一个数据中心,以提高容错性。
这些机制可以根据应用程序和系统的具体需求进行组合使用。第四部分负载均衡与流量分发关键词关键要点主题名称:负载均衡算法
1.轮询算法:通过按顺序将请求分配给后端服务器,实现基本的负载均衡。这种算法简单易用,但在服务器性能不均衡时可能会导致负载不平衡。
2.加权轮询算法:为每个后端服务器分配一个权重,根据权重比例分配请求。这种算法可以根据服务器容量或性能调整负载分配。
3.最小连接算法:将请求分配给连接数最少的服务器。这种算法通过最小化服务器上的连接数,有效地应对高并发场景。
主题名称:流量调度机制
负载均衡与流量分发
概念
负载均衡是一种计算机网络技术,用于在多个服务器之间分发网络流量,以优化资源利用率、提高系统可靠性和性能。流量分发机制负责将传入的请求路由到适当的服务器,以确保负载均匀分布,避免单点故障。
方法
有几种负载均衡方法可用,包括:
*轮询(Round-Robin):请求按顺序发送到服务器列表中的每个服务器。这种方法简单且易于实现,但它不考虑服务器的负载或响应时间。
*最少连接(LeastConnections):请求路由到具有最少活动连接的服务器。这种方法有助于确保服务器之间的负载均衡,但它也可能导致服务器在流量激增期间被淹没。
*加权轮询(WeightedRound-Robin):每个服务器分配一个权重,该权重基于其容量或性能。请求根据权重按比例分发到服务器。
*DNS轮循(DNSRoundRobin):每个服务器都有一个唯一的IP地址,但DNS服务器返回服务器列表中不同服务器的不同IP地址。这允许客户端轮流连接到不同的服务器。
*内容感知负载均衡(Content-AwareLoadBalancing):请求根据其内容(例如URL、HTTP头等)路由到特定的服务器。这允许将特定内容分发到专门的服务器,以提高性能和安全性。
技术
实现负载均衡和流量分发有几种技术可用,包括:
*硬件负载均衡器(HardwareLoadBalancers):专用设备专门用于执行负载均衡和流量分发任务。它们提供高性能、低延迟和可扩展性。
*软件负载均衡器(SoftwareLoadBalancers):运行在服务器上的软件程序,提供负载均衡和流量分发功能。它们比硬件负载均衡器更灵活且成本更低,但性能可能较低。
*云负载均衡器(CloudLoadBalancers):由云服务提供商提供的托管服务,提供负载均衡和流量分发作为云计算平台的一部分。它们提供高可用性、可扩展性和按需定价。
*网络虚拟化负载均衡器(NetworkVirtualizationLoadBalancers):在软件定义网络(SDN)环境中实现的负载均衡解决方案。它们提供虚拟化环境中的负载均衡和流量分发功能。
优势
实施负载均衡和流量分发具有以下优势:
*提高可扩展性:通过将流量分发到多个服务器,负载均衡可以支持更高的用户负载和应用程序增长。
*增强可用性:如果一台服务器发生故障,负载均衡器可以将流量重新路由到其他服务器,从而确保应用程序的持续可用性。
*优化性能:通过将请求路由到最合适的服务器,负载均衡可以减少延迟、提高响应时间和改善整体性能。
*增加安全性:负载均衡可以通过隐藏单个服务器的身份和应用程序逻辑,增强应用程序的安全性。
考虑因素
在实施负载均衡和流量分发时,需要考虑以下因素:
*性能需求:应用程序的性能要求将决定需要的负载均衡方法和技术。
*可用性要求:所需的应用程序可用性级别将影响负载均衡器的冗余和容错能力。
*可扩展性需求:应用程序预计的增长将影响负载均衡解决方案的可扩展性和容量。
*安全考虑:负载均衡器的安全性配置应确保应用程序和数据的安全性。
*成本效益:负载均衡解决方案的成本和收益应权衡利弊。第五部分自动故障恢复与自我修复自动故障恢复与自我修复
引言
在高可用性和容错系统中,自动故障恢复与自我修复机制至关重要。这些机制有助于检测、隔离和修复故障,从而最大限度地减少停机时间并确保系统可靠性。
故障检测和隔离
故障检测是自动故障恢复过程中的第一步。系统使用各种技术来检测故障,包括:
*心跳检测:定期向系统组件发送心跳信号,如果没有收到响应,则表明组件已出现故障。
*健康检查:定期执行健康检查,以验证组件是否正常运行。
*异常检测:分析系统的运行指标(如CPU使用率、内存使用率),并检测异常模式,这可能表明存在故障。
一旦检测到故障,系统就会将其隔离,以防止故障蔓延到其他组件。隔离技术包括:
*隔离故障组件:将故障组件与系统其余部分隔离,以防止其进一步影响。
*重新路由流量:将流量重新路由到冗余组件,以绕过故障组件。
*降级功能:暂时禁用故障组件的功能,以确保系统继续运行,尽管存在限制。
故障修复
隔离故障后,系统将尝试自我修复,恢复故障组件的功能。这可以采取多种形式:
*自动重启:尝试自动重启故障组件。
*故障切换:将故障组件切换到冗余组件。
*故障恢复:使用冗余组件或备份数据恢复故障组件。
自我修复技术
为了实现自我修复,系统可以使用各种技术:
*自我修复软件:能够检测和修复自身错误的软件,而无需人工干预。
*冗余组件:冗余组件(如热备件)可以快速替换故障组件。
*备份数据:备份数据允许在故障情况下恢复系统状态。
自动故障恢复与自我修复的好处
自动故障恢复与自我修复机制提供了以下好处:
*减少停机时间:通过快速检测和自动修复故障,可以将停机时间降至最低。
*提高可靠性:主动检测和隔离故障有助于防止单个故障导致系统崩溃。
*降低管理成本:自动化故障恢复和自我修复过程可以减少人工管理的需要。
*提高用户满意度:减少停机时间和提高可靠性可以提高用户对系统的满意度。
实施注意事项
在实施自动故障恢复与自我修复机制时,需要考虑以下注意事项:
*检测覆盖率:确保故障检测机制覆盖所有关键组件和功能。
*隔离有效性:隔离机制必须能够有效地隔离故障,防止故障蔓延。
*修复可靠性:故障修复机制必须可靠并能够在各种情况下恢复故障。
*测试和验证:定期测试和验证自动故障恢复与自我修复机制,以确保其有效性。
结论
自动故障恢复与自我修复机制对于确保高可用性和容错系统至关重要。通过主动检测、隔离和修复故障,这些机制可以帮助减少停机时间、提高可靠性并降低管理成本。通过仔细实施和考虑,组织可以充分利用这些机制,提高其系统对故障的韧性。第六部分健康检查与健康度评估关键词关键要点【主题名称】健康检查
1.检查类型多样:健康检查可分为主动检查和被动检查,主动检查主动查询服务状态,被动检查基于心跳机制或反馈机制。
2.检查频次优化:检查频次应根据服务响应时间和可靠性要求进行调整,避免过度检查影响服务性能。
3.多维度评估:健康检查应涵盖多个维度,包括响应时间、错误率、资源利用率等,全面评估服务健康状况。
【主题名称】健康度评估
健康检查与健康度评估
引言
高可用系统离不开健康检查机制的保障,通过对系统的健康状态进行实时监测和评估,可以及时发现和处理潜在故障,保障系统的持续可用性。健康检查与健康度评估是实现高可用和容错机制的关键环节之一。
1.健康检查机制
健康检查是一种主动监控机制,用于定期检查系统的运行状态,判断其是否正常。健康检查通常通过向系统发送探测请求或执行特定的检测脚本来实现。常见的健康检查类型包括:
*心跳检测:向系统发送定期心跳消息,如果在一定时间内没有收到回复,则认为系统异常。
*服务检查:模拟客户端请求,检查系统是否能够正常提供服务。
*资源检查:监测系统资源(例如内存、CPU)的使用情况,判断是否出现异常波动。
2.健康度评估
健康度评估是基于健康检查结果对系统的健康状态进行综合评估的过程。健康度评估算法因系统而异,但通常会考虑以下因素:
*健康检查结果:不同健康检查类型的结果,例如心跳检测的成功率、服务调用的响应时间等。
*历史记录:系统过去的健康检查数据,可以提供趋势分析和故障预测。
*系统配置:包括硬件、软件和网络配置信息,可以帮助确定系统故障的潜在原因。
3.健康度级别
根据健康度评估结果,系统通常会被划分为不同的健康度级别,例如:
*健康:系统正常运行,所有健康检查通过。
*预警:系统出现一些异常迹象,但仍可以正常工作,需要及时关注和处理。
*故障:系统出现严重故障,无法正常提供服务。
4.健康状态变更
健康状态变更机制负责监控系统健康度级别的变化,并在健康度级别发生变化时采取相应的动作。常见的动作包括:
*告警:当系统健康度级别下降时,触发告警通知管理员。
*故障转移:当系统出现故障时,自动将请求转移到备用服务器。
*自动修复:当系统出现预警时,自动执行故障恢复操作,防止故障升级。
5.健康检查与健康度评估的实现
健康检查与健康度评估可以通过多种方式实现,常用的方法包括:
*框架和工具:使用专门的健康检查框架(如KubernetesLivenessProbe和ReadinessProbe)或第三方工具(如Nagios或Zabbix)。
*定制脚本:编写定制的脚本,定期执行健康检查和健康度评估。
*内置机制:一些系统提供内置的健康检查和监控功能。
6.实践建议
为了确保健康检查和健康度评估的有效性,建议遵循以下最佳实践:
*定期检查:定期检查健康检查和评估算法,确保它们符合系统需求。
*多维检测:使用多种健康检查类型,涵盖不同的系统方面。
*故障注入:定期进行故障注入测试,验证健康检查和故障转移机制的有效性。
*自动化:实现健康状态变更机制的自动化,提高故障响应速度。
*监控和告警:建立监控系统,持续监视健康度级别,并在出现异常时触发告警。
总结
健康检查与健康度评估是实现高可用性和容错机制的关键环节。通过定期监控系统状态,及时发现和处理潜在故障,可以确保系统的持续可用性和可靠性。遵循最佳实践和利用合适的框架和工具,可以有效实现健康检查和健康度评估,保障系统的稳定运行。第七部分异地多活容灾方案关键词关键要点【异地多活容灾方案】:
1.建立跨地理位置的多数据中心,每个数据中心都运行完全独立的主系统。
2.每个数据中心都处理来自不同地域的流量,实现负载均衡。
3.数据同步和复制机制确保数据在所有数据中心保持一致性。
【跨区域负载均衡】:
异地多活容灾方案
引言
异地多活容灾方案是一种高级容灾策略,旨在实现数据中心之间业务的无缝切换和高可用性。该方案通过在两个或更多地理位置部署完全独立和活跃的数据中心来实现,确保在发生灾难或中断时业务持续性。
原理
异地多活容灾方案基于以下原理:
-主动-被动复制:数据在两个数据中心之间实时复制,确保数据的一致性。
-多活架构:两个数据中心都同时接收并处理来自用户的请求,消除了潜在的单点故障。
-自动故障转移:如果一个数据中心发生故障,系统会自动将流量切换到另一个数据中心,确保业务的持续运行。
优点
采用异地多活容灾方案有以下优点:
-无缝故障转移:业务中断最小化,确保用户体验无影响。
-高可用性:由于数据中心之间存在冗余,即使发生重大故障,业务也能持续运行。
-容错能力:系统能够应对多种类型的故障,包括自然灾害、网络中断和硬件故障。
-弹性:多活架构允许企业轻松扩展容量或添加新的数据中心,而不影响可用性。
实施
实施异地多活容灾方案需要考虑以下因素:
-数据复制:选择合适的复制技术,例如同步复制或异步复制,以满足业务需求和数据一致性要求。
-故障检测和切换:部署监控机制来检测故障并触发自动故障转移。
-网络连接:确保数据中心之间具有高带宽、低延迟的网络连接,以支持复制和故障转移。
-应用程序支持:确保应用程序已设计为支持多活架构,并在两个数据中心同时运行和处理请求。
示例场景
异地多活容灾方案可用于各种场景,包括:
-电子商务网站:确保在线购物的无缝体验,即使发生数据中心故障。
-金融服务:保护关键交易数据和业务操作的连续性。
-医疗保健系统:确保患者记录和医疗服务的持续可用性。
-政府机构:维持关键服务,例如公民登记和税收征收。
最佳实践
实施异地多活容灾方案时,请遵循以下最佳实践:
-定期测试:定期对故障转移流程进行测试,以确保其有效性。
-灾难恢复计划:制定详细的灾难恢复计划,概述在发生灾难时的行动步骤。
-持续监控:部署全天候监控系统,以检测和解决潜在问题。
-员工培训:培训员工应对故障转移和恢复程序,以确保平稳过渡。
结论
异地多活容灾方案是实现数据中心高可用性和容错能力的强大解决方案。通过部署完全独立和活跃的数据中心,企业可以显著降低业务中断的风险,并确保在面对灾难或中断时业务的连续性。通过精心规划、实施和测试,企业可以利用异地多活方案来保护其关键业务系统并维持其竞争优势。第八部分高可用与容错性能评估高可用与容错性能评估
简介
高可用性和容错性是衡量系统抵抗故障和维护服务可用性的能力。评估高可用和容错性能对于确保系统的可靠性和可维护性至关重要。
评估指标
*可用性:系统在指定时间段内正常运行的时间百分比。可用性通常使用九个(9)来表示,例如99.9%的可用性表示系统每年宕机时间不超过8.76小时。
*容错性:系统在出现故障时保持正常运行的能力。容错性通常通过平均故障间隔时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)来衡量。MTBF是两次故障之间的平均时间,而MTTR是从故障发生到修复完成的平均时间。
*恢复时间目标(RTO):系统从故障中恢复到可接受操作水平所需的时间。
*恢复点目标(RPO):故障发生时允许丢失的数据量。
*服务等级协议(SLA):定义了系统可用性、性能和可靠性目标的服务合同。
评估方法
*故障注入测试:通过模拟故障条件来评估系统的容错性。这可以手动完成,也可以使用自动化工具来执行。
*模拟建模:使用数学模型来预测系统的可靠性和可用性。这可以提供对不同故障场景和恢复策略的洞察。
*历史数据分析:分析系统日志和可用性指标以确定故障模式和趋势。这可以识别潜在的薄弱点和改进区域。
*基准测试:将系统的性能与其他类似系统或行业基准进行比较。这可以提供对系统效率和有效性的评估。
*用户体验监控:跟踪用户的体验并收集有关系统响应时间、可用性和易用性的反馈。这可以识别影响用户满意度的领域。
评估标准
*行业最佳实践和标准,例如ISO27001、NIST800-53和HIPAA。
*业务需求和目标,例如系统关键性、数据敏感性和容忍的宕机时间。
*可用资源,例如预算、人员和技术。
持续改进
高可用性和容错性评估是一个持续的过程。系统和环境不断变化,需要定期重新评估性能并调整策略。持续改进涉及:
*识别和解决薄弱点。
*实施新的技术和最佳实践。
*调整策略以适应业务需求的变化。
结论
高可用性和容错性评估对于确保系统可靠性、可用性和保护业务免受故障影响至关重要。通过利用适当的评估指标和方法,组织可以获得对其高可用和容错能力的全面了解。持续改进过程有助于识别改进领域并保持系统符合业务目标和行业最佳实践。关键词关键要点【可用性原则】
关键要点:
-冗余和备份:通过冗余组件和备份系统来确保服务在组件故障或数据丢失的情况下仍能正常运行。
-故障隔离:将系统组件相互隔离,防止故障在组件之间蔓延,影响整个系统可用性。
-负载均衡:通过负载均衡机制将请求分布到多个服务器上,避免单点故障和性能瓶颈。
【容错原则】
关键要点:
-异常处理:使用异常处理机制来检测和处理系统中的异常情况,防止异常传播并导致系统崩溃。
-失败原子性:确保在系统发生故障时,所有正在进行的操作要么全部成功,要么全部失败,避免数据不一致或系统状态混乱。
-可恢复性:设计系统具有可恢复性,以便在发生故障后能够自动恢复正常运行,最大限度地减少停机时间。关键词关键要点主题名称:冗余策略
关键要点:
-N+M冗余:使用N个主节点和M个备用节点,如果主节点发生故障,备用节点会立即接管。
-多活冗余:所有节点都同时处理请求,故障时不会导致数据丢失或服务中断。
-主从冗余:一个主节点处理读写请求,多个从节点复制数据并处理读取请求。
主题名称:故障检测与恢复机制
关键要点:
-心跳机制:节点定期发送心跳信息,表明自身状态正常,如果心跳停止,则认为节点已故障。
-故障转移机制:当检测到故障节点时,会触发故障转移过程,将流量切换到备用节点。
-容错恢复机制:故障转移后,系统会尝试恢复故障节点的数据和服务。
主题名称:数据复制
关键要点:
-同步复制:数据在写操作提交后立即复制到所有节点,保证数据一致性。
-异步复制:数据在写操作提交后一段延迟后才复制到所有节点,牺牲了一致性但提高了性能。
-多主复制:多个节点都可
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