云计算原理-课件 第2章　设计原理

《云计算原理》系统的特性系统的特性可用性持久性可靠性弹性容错性可用性高可用性可以理解为系统正常运行时间，即存储系统可用并运行的时间百分比。高可用性取决于多个IT基础设施组件的协同工作。可用性通常用多个“9”来表示。2个9表示99%的可用性，3个9表示99.9%的可用性……如果存储系统的年度服务级别协议(SLA)达到7个9的可用性，则每年仅会有3.15秒的停机时间。持久性持久性指的是数据的持续保存能力。高持久性可以确保数据不会受到位腐蚀、退化或任何形式的损坏或丢失。通过定期备份、复制和擦除编码数据/对象，以及启用WORM（写一次多次读取），可以提高数据的持久性。可靠性可靠性指的是存储系统按照预期工作的概率。测量可靠性的指标是平均故障间隔时间(MTBF)。MTBF是指在正常操作过程中，存储系统内在故障之间的预期经过时间。如果MTBF较高，这通常表明可靠性较低。弹性弹性指的是存储系统在遭遇故障、停机、安全事件等情况后，自我修复、恢复并继续运行的能力。弹性的一个指标是平均修复时间（MTTR），它衡量在故障发生后使存储基础设施恢复正常运行所需的时间。MTTR越低，弹性越好。容错性容错性与可用性的概念相似，但进一步保证零停机时间。容错系统没有服务中断。容错系统需要始终运行数据的主动-主动副本，并具备必要的自动化功能，以在存储系统的任何组件故障并导致停机时进行故障切换。《云计算原理》王

鹏机制与策略机制和策略定义策略是选择执行哪些活动的方式。机制是执行这些策略的实现方法，用于确保这些策略的执行。机制和策略机制决定如何做，策略决定做什么。机制和策略的关系类似于保护和安全。安全部分主要关注系统的访问控制，即哪些人可以成为系统用户。保护部分则是文件级别的访问控制，即哪些用户可以访问特定的文件。机制和策略示例采用先到先得的算法来将资源分配给进程，这里先到先得是分配资源的策略这个策略可以通过一个队列来实现，队列就是执行这个策略的具体机制。机制和策略示例策略：决定“哪个线程应该被赋予运行的机会？”这个问题的答案就是调度策略。机制：实现这种线程调度策略的机制就是上下文切换。上下文切换允许操作系统在不同线程之间切换执行。机制和策略示例在操作系统的Swapping中，策略是通过减少缺页率来优化系统性能，目标是将缺页故障率保持在一定的阈值以下。实现机制是利用虚拟内存扩展系统的内存空间，超过物理内存的限制。职责分离职责分离是内部的，需要多人进行控制执行。职责分离减少了两大主要影响：欺诈和错误《云计算原理》王

鹏性能延迟和吞吐量洗衣是所有人在某些时候必须面对的任务，洗衣“系统”的输入是一定数量的脏衣服，输出是相同的负载，但经过清洗、干燥和折叠延迟和吞吐量有两个系统组件：一台洗衣机，可在30分钟内洗涤一批衣服，以及在60分钟内烘干衣物的烘干机。我们的洗衣遵循一条简单的系统路径：每件衣服在洗衣机清洗，然后移至烘干机烘干延迟和吞吐量为了处理单批衣服，我们首先将其放入洗衣机，这需要30分钟，然后将其放入烘干机，这需要60分钟，所以从系统输入到系统输出总时间是90分钟。如果这是一个组合逻辑电路，那么该电路的传播延迟是90分钟。延迟和吞吐量上述情况是一次洗衣的延迟，对于N次洗衣的情况，当完全按照上述系统的流程进行，系统处理N件衣服的总时间是处理一件衣服的N倍。当烘干机运行时，洗衣机闲置，效率低下，这种低效在洗衣负载通过系统的速度上是有成本的。延迟和吞吐量在步骤1中清洗第一批衣服，在步骤2中像以前一样干燥第一批衣服，但同时开始清洗第二批衣服。重叠处理一系列输入的系统称为流水线系统，每个处理步骤称为管道的一个阶段。输入通过管道移动的速率是由最慢的管道决定的。延迟和吞吐量我们的洗衣系统是一个2阶段管道，每个阶段处理时间为60分钟，我们重复重叠的洗涤/干燥步骤，直到N件衣服都已经处理完毕。换句话说，我们重叠洗衣系统的有效处理率是一个每60分钟一班的负载，因此一旦该过程开始，N批衣服需要N*60分钟。延迟和吞吐量由于Step的时间安排，第一批衣服的时间安排略有不同，1可以更短而无需等待烘干机。但在管道系统的性能分析中，我们感兴趣的是稳定态。我们假设有无限的输入供应，这里会出现两个性能指标：一个是系统的延迟，即系统处理一个数据所花费的时间。第二个是吞吐量，即系统产生输出的速率。延迟和吞吐量在第一个系统中吞吐量为90分钟一件衣服，通过Step的系统中吞吐量为60分钟一件衣服。第一个系统延迟较低，第二个系统吞吐量较高《云计算原理》王

鹏权衡思想timespacetradeoff(时空权衡)“time”概念

所有程序运行都需要相应时间例如”二分查找”算法时间复杂度是O(nlogn)timespacetradeoff(时空权衡)“space”概念

所有程序运行都需要空间timespacetradeoff(时空权衡)“tradeoff”概念

简单讲，就是要使一个算法或程序用增加空间使用量来换取时间减少；或者用时间增加来换取空间使用量减少。时空权衡分类压缩数据与未压缩数据重新渲染与存储图像精简代码与循环展开查找表与重新计算压缩数据与未压缩数据在数据存储的问题上，我们可以应用权衡思想。如果数据未压缩，它占用的空间大，但处理速度快。如果数据压缩存储，它占用的空间小，但解压缩需要更多时间。在某些情况下，直接使用压缩数据可能更高效，比如压缩位图索引，使用压缩格式比不压缩更快。重新渲染与存储图像在这个例子中，如果只存储源文件并将其渲染成图像，会占用更多空间，但处理速度更快。也就是说，将图像存储在缓存中比重新渲染更快，但需要更多的内存。精简代码与循环展开精简的代码占用的内存空间小，但需要更多的计算时间，因为每次循环结束时都需要跳回到循环的开始。而循环展开可以提高执行速度，但会增加二进制文件的大小，占用更多的内存空间，但计算时间更短。查找表与重新计算在查找表中，如果包含了整个表，可以减少计算时间，但会增加内存需求。或者，可以选择按需计算表项，这样会增加计算时间，但减少内存需求。《云计算原理》王

鹏平衡与不平衡帕累托效率帕累托效率是经济学和博弈论中的一个重要概念，用于描述资源配置的效率当无法通过重新分配资源使得至少一个人变得更好而不使其他人变得更差时的一个状态被称为帕累托有效(帕累托效率)。在一个帕累托有效的状态下，任何试图改善某个个体的福利都会导致至少一个其他个体的福利下降帕累托效率并不意味着资源的公平分配，它只关注资源配置的效率帕累托最优帕累托最优可以发生在生产可能性边界上的任何一点帕累托最优状态意味着，没有一方能够在不使另一方变得更糟的情况下变得更好。A、B、C三点都是帕累托最优，在B点消费品产量为100单位，资本货物总产量为75单位，为了生产更多的消费品，如133单位，必须牺牲一些资本货物到达A点。帕累托最优在这种情况下，D点不是帕累托最优，因为消费品的产量可以从50单位增加到133单位而无需牺牲任何资本货物的生产，40单位的资本货物中有83单位的收益，没有任何损失，这可以被认为是帕累托改进。帕累托最优帕累托效率是一个关于效率的概念，而不是公平或正义的概念。在实际应用中，追求帕累托效率可以帮助理解资源分配的有效性，但在政策制定和社会福利分析中，还需要考虑公平性等其他因素。帕累托效率《云计算原理》王

鹏瓶颈什么是瓶颈瓶颈发生在当一个应用程序或计算机系统的容量被某个单一组件限制时，就像瓶颈处减慢了整体水流速度一样。瓶颈导致了什么收入损失等待时间增加产品质量差客户流失两种瓶颈类型——长期瓶颈（主要瓶颈）特点：瓶颈长时间存在，不受负载变化影响。对整体吞吐量、效率和稳定性有持续负面影响。通常由硬件、处理能力或软件设计的限制引起。解决方法：提高瓶颈部分的处理能力或容量（如增加机器、扩展带宽、优化数据库等）。改进瓶颈部分的流程、算法或架构。增加冗余和弹性，减少单一组件的影响。两种瓶颈类型——短期瓶颈特点：瓶颈不会持续长时间，负载恢复后消失。由外部变化或临时问题引起。影响局部，通常只在特定时段存在。解决方法：增加临时资源或优化流程。分散负载，避免过载。监控并修复突发问题。瓶颈分析瓶颈分析是一个识别瓶颈的过程，目的是找出实际问题发生的位置。因此，与其仅仅寻找症状，不如尝试找出根本原因，并理解瓶颈发生的实际位置。完成这些步骤后，一旦识别出瓶颈，我们就可以寻找一些潜在的解决方案。可以使用鱼骨图，约束理论（TOC）进行瓶颈分析。瓶颈分析例子在这个例子中，机器A的处理