# 4.1 复制（Replication） 这一节课（Lecture 4），我想更多地讨论一些关于容错（Fault-Tolerance）和复制（Replication）的问题，然后，深入的看一下今天的论文，VMware FT。 容错本身是为了提供高可用性。例如，当你想构建一个服务时，尽管计算机硬件总是有可能故障，但是我们还是希望能稳定的提供服务，甚至，即使出现了网络问题我们还是想能够提供服务。我们所使用到的工具就是复制，至少在本课程的这一部分是这样。所以，一个很有意思的问题是：复制能处理什么样的故障呢？因为复制也不可能是万能的工具（可以用来解决所有的问题）。 用最简单的方法来描述复制能处理的故障，那就是，单台计算机的fail-stop故障。Fail-stop是一种容错领域的通用术语。它是指，如果某些东西出了故障，比如说计算机，那么它会单纯的停止运行。当任何地方出现故障时，就停止运行，而不是运算出错误结果。例如，某人将你服务器的电源线踢掉了，那就会产生一个fail-stop故障。类似的，如果某人拔了你的服务器的网线，即使你的服务器还在运行，那也算是一个fail-stop故障。服务器彻底从网络上隔离的场景有点有趣，因为从外界来看，服务器和停止运行没有两样。所以，这些是我们可以通过复制处理的一些故障。复制也能处理一些硬件问题，比如，服务器的风扇坏了，进而会使CPU过热，而CPU会自我关闭，并停止运行。 ![](/files/-MDoXi94-F904iALnnUC) 但是复制不能处理软件中的bug和硬件设计中的缺陷。以MapReduce的Master节点为例，如果我们复制并将其运行在两台计算机上，但是在Master程序里面有一个bug，那么复制对我们没有任何帮助，因为我们在两台计算机上的MapReduce Master都会计算出相同的错误结果，其他组件都会接受这个错误的结果。所以我们不能通过复制软件（为软件构建多副本）来抵御软件的bug，我们不能通过任何的复制的方案来抵御软件的bug。类似的，如我之前所说的，我们也不能期望复制可以处理硬件的漏洞，当硬件有漏洞的时候会计算出错误的结果，这时我们就无能为力了，至少基于复制这种技术，我们就无能为力了。 ![](/files/-MDqpfZGDEkbYITaqIpA) 当然，如果你足够幸运的话，肯定也有一些硬件和软件的bug是可以被复制处理掉的。比如说，如果有一些不相关的软件运行在你的服务器上，并且它们导致了服务器崩溃，例如kernel panic或者服务器重启，虽然这些软件与你服务的副本无关，但是这种问题对于你的服务来说，也算是一种fail-stop。kernel panic之后，当前服务器上的服务副本会停止运行，备份副本会取而代之。一些硬件错误也可以转换成fail-stop错误，例如，当你通过网络发送了一个包，但是网络传输过程中，由于网络设备故障，导致数据包中的一个bit被翻转了，这可以通过数据包中的校验和检测出来，这样整个数据包会被丢弃。对于磁盘也可以做类似的事情，如果你往磁盘写了一些数据，过了一个月又读出来，但是磁盘的磁面或许不是很完美，导致最重要的几个数据bit读出来是错误的。通过纠错代码，在一定程度上可以修复磁盘中的错误，如果你足够幸运，随机的硬件错误可以被转换成正确的数据，如果没有那么幸运，那么至少可以检测出这里的错误，并将随机的错误转换成检测到的错误，这样，软件就知道发生了错误，并且会将错误转换成一个fail-stop错误，进而停止软件的运行，或者采取一些补救措施。总的来说，我们还是只能期望复制能够处理fail-stop错误。 对于复制，还有一些其他的限制。如果我们有两个副本，一个Primay和一个Backup节点，我们总是假设两个副本中的错误是相互独立的。但是如果它们之间的错误是有关联的，那么复制对我们就没有帮助。例如，我们要构建一个大型的系统，我们从同一个厂商买了数千台完全一样的计算机，我们将我们的副本运行在这些同一时间，同一地点购买的计算机上，这还是有一点风险的。因为如果其中一台计算机有制造缺陷，那么极有可能其他的计算机也有相同的缺陷。例如，由于制造商没有提供足够的散热系统，其中一台计算机总是过热，那么很有可能这一批计算机都有相同的问题。所以，如果其中一台因为过热导致宕机，那么其他计算机也很有可能会有相同的问题。这是一种关联错误。 你要小心的是另一种情况。比如，数据中心所在的城市发生了地震，摧毁了整个数据中心，无论我们在那个数据中心里有多少副本，都无济于事。因为这种由地震，停电，建筑失火引起的问题，如果多个副本在同一个建筑中，那么这类问题是副本之间关联的错误。所以，如果我们想处理类似地震引起的问题，我们需要将我们的副本放在不同的城市，或者至少物理上把它们分开，这样它们会有独立的供电，不会被同样的自然灾害影响。 以上是有关复制的一些背景知识。 另一个有关复制的问题是，你或许也会问自己，这种复制的方案是否值得？因为它使用了我们实际需要的2-3倍的计算机资源。GFS对于每个数据块都有3份拷贝，所以我们需要购买实际容量3倍的磁盘。今天的论文（VMware FT）复制了一份，但这也意味着我们需要两倍的计算机，CPU，内存。这些东西都不便宜，所以自然会有这个问题，这里的额外支出真的值得吗？ 这不是一个可以从技术上来回答的问题，这是一个经济上的问题，它取决于一个可用服务的价值。如果你在运行一个银行系统，并且计算机宕机的后果是你不能再为你的用户提供服务，你将不能再有任何收入，你的用户也会讨厌你，那么多花1000-2000美金再买一台计算机或许是值得的。这种情况下，你可以有一个额外的副本。但是另一方面，如果是这个课程的网站，我不认为它值得拥有一个热备份，因为这个课程网站宕机的后果非常小。所以，对于系统做复制是否值得，该复制多少份，你愿意为复制花费多少，都取决于失败会给你带来多大的损失和不便。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://mit-public-courses-cn-translatio.gitbook.io/mit6-824/lecture-04-vmware-ft/4.1.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.