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386
专栏/架构设计面试精讲/15 如何向面试官证明你做的系统是高可用的？.md.html
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<a href="/专栏/架构设计面试精讲/结束语 程序员的道、术、势.md.html">结束语 程序员的道、术、势.md.html</a>
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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>15 如何向面试官证明你做的系统是高可用的？</h1>
<p>我们已经用了五个模块分别讲了架构原理、分布式技术、中间件、数据库，以及缓存，这些都是面试中必考的技术领域和技术点，又因为我们处在大数据和互联网时代，所以高可用高性能这些非功能性需求的考察，也是你需要了解的，所以在最后一个模块，我会带你打卡高可用高性能的架构设计面试实战。</p>
<p>我在 01 讲中说过，高级研发工程师和架构师的区别不在于掌握了多少技术，而在于你所能驾驭系统的边界。这其实也反映了一个研发工程师的成长历程，起初独立负责一个功能，然后负责一个系统模块，再负责一个系统，最后负责多个系统或业务条线。</p>
<p>但是不管你在哪个阶段，有一个问题你肯定逃不开：怎么证明自己负责的系统是高可用的？因为任何一个系统架构初衷，最基本的诉求是要保证系统的稳定性和可用性，然后才是基于高流量的场景下，保证系统的并发承载能力。</p>
<h3>案例背景</h3>
<p>一般来讲，面试官在考察你系统架构的设计能力时，经常会让你说一下你在上一家公司是怎么设计系统架构的，以此了解你的设计能力和思路。</p>
<p>而你在讲解架构设计时，也是在向面试官逐步证明，自己负责的系统是如何做到高可用的。这会涉及一个公认的论证——SLA。服务等级协议（Service-Level Agreement，SLA）最根本的形式是协议双方（服务提供者和用户）签订的一个合约或协议。这个合约规范了双方的商务关系或部分商务关系。简单点儿说，你可以认为 SLA 是服务可用性一个重要衡量指标。</p>
<p>业界一般用几个 9 的 SLA 服务等级来衡量互联网应用的可用性。比如京东的可用性是 4 个 9（京东的服务 99.99% 可用）：京东的服务要保证在所有的运行时间里只有 0.01% 不可用，也就是说一年大概有 52.6 分钟不可用，这个 99.99% 就叫作系统的可用性指标。</p>
<p>52.6 分钟是怎么计算出来的呢？</p>
<p><img src="assets/CioPOWAs3d-AU1jSAAAJ1V9HKdE826.png" alt="Drawing 0.png" /></p>
<p>SLA 的计算公式</p>
<p>从公式中可以看出， SLA 等于 4 个 9，也就是可用时长达到了 99.99% ，不可用时长则为是0.01%，一年是 365 天， 8760 个小时，一年的不可用时长就是 52.6 分钟，那么：</p>
<ul>
<li>SLA 等于 3 个 9，就相当于一年不可用时长等于 526 分钟；</li>
<li>SLA 等于 5 个 9，就相当于一年不可用时长等于 5.26 分钟。</li>
</ul>
<p>可以发现，用 SLA 等于 4 个9 作为参照物，少个 9 相当于小数点往后移一位，多个 9 相当于小数点往前移一位（我把系统可用性指标总结成一张表格）。</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAuYU2ANzYsAADiIW0-zW8205.png" alt="1.png" /></p>
<p>系统可用性指标</p>
<p><strong>那么问题就来了：</strong> 既然 SLA 是服务可用性的一个衡量指标，那么你在面试时，怎么设置这个指标的阈值才合理呢？</p>
<ul>
<li>一般来讲，2 个 9 表示系统基本可用，年度不可用时间小于 88 小时。</li>
<li>3 个 9 是较高可用，年度不可用时间小于 9 个小时。</li>
<li>4 个 9 是具有自动恢复能力的高可用，年度不可用时间小于 53 分钟。</li>
<li>5 个 9 指极高的可用性，年度不可用时间小于 5 分钟。</li>
</ul>
<p>在电商平台中（比如淘宝、京东、拼多多），系统可用性大多是 4 个 9。那么你在回答时，一要了解 SLA 的概念，N 个 9 代表什么含义，更要清楚互联网对于 SLA 的主流设定阈值。</p>
<p>讲到这儿，你可能会觉得：那我清楚了 SLA 的概念，然后也了解了 SLA 的主流设定阈值，当面试官问我“你们的系统高可用做得怎么样”时，我回答系统做到了 N 个 9 是不是就可以了？</p>
<h3>案例分析</h3>
<p>给你 10 秒钟的时间思考一下，当面试官听到你按照时间指标度量系统可用性，会不会满意？</p>
<p>要知道，任何一家互联网公司，都有流量的低峰期和高峰期，你在低峰期停机 1 分钟和高峰期停机 1 分钟，对业务影响的结果完全不同。<strong>如果认识不到这一点，面试官很容易认为你很业余，并没有实践经验。</strong></p>
<p>所以，仅凭理论指标在有些情况下是不能满足实际需求的，那有没有更加科学的度量方式呢？答案就是基于一段时间（比如 1 年）的停机影响的请求量占比，进行评估，公式如下：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAs3f-ARcGTAAAKDhhS0CU196.png" alt="Drawing 2.png" /></p>
<p>这样一来，你就可以评估，业务在高峰期停机和在低峰期停机分别造成多少的损失了。<strong>所以，如果你再回答系统高可用指标的时候，我建议你可以遵循这样的套路：先摆明度量的两种方式，“N 个 9” 和 “影响请求量占比”，然后再结合实际业务场景表明第二种方式的科学性。</strong></p>
<p>总的来说，作为候选人，要立足业务价值去回答问题，不是仅停留于技术概念的堆砌，这才能体现你的思考。</p>
<p>当然了，以上的内容基本可以满足你应聘初中级研发工程师的需求，如果你要面试高级研发工程师或者是架构师，你还要有一个思路的闭环。<strong>为了方便你的记忆，我把这个思路总结为：“可评估”“可监控”“可保证”。</strong></p>
<p>所以，当你向面试官证明系统高可用时，其实是在回答这样几个问题：</p>
<ul>
<li>如何评估系统高可用？</li>
<li>如何监控系统高可用？</li>
<li>如何保证系统高可用？</li>
</ul>
<p>接下来，我们继续学习“如何监控系统高可用”至于“如何保证系统高可用”我将在下一讲中为你解答。</p>
<h3>案例解答</h3>
<p>我们以设计一个保证系统服务 SLA 等于 4 个 9 的监控报警体系为例。<strong>监控系统包括三个部分：基础设施监控报警、系统应用监控报警，以及存储服务监控报警。</strong> 接下来，我就围绕这三个最核心的框架带你设计一个监控系统，并基于监控系统的设计，让你了解到系统哪些环节会影响系统整体的可用性，从而在面试中对系统高可用设计有更加清晰的掌握。</p>
<ul>
<li><strong>基础设施监控</strong></li>
</ul>
<p>基础设施监控由三个部分组成：监控报警指标、监控工具以及报警策略。</p>
<p><strong>监控报警指标分为两种类型。</strong></p>
<ol>
<li>系统要素指标：主要有 CPU、内存，和磁盘。</li>
<li>网络要素指标：主要有带宽、网络 I/O、CDN、DNS、安全策略、和负载策略。</li>
</ol>
<p>为什么我们要监控这些指标？因为它们是判断系统的基础环境是否为高可用的重要核心指标。</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAuYWyATkxVAABau7vw5jQ035.png" alt="2.png" /></p>
<p>监控报警指标</p>
<p><strong>监控工具常用的有</strong>ZABBIX（Alexei Vladishev 开源的监控系统，覆盖市场最多的老牌监控系统，资料很多）、Open-Falcon（小米开源的监控系统，小米、滴滴、美团等公司内部都在用）、Prometheus（SoundCloud 开源监控系统，对 K8S 的监控支持更好）。这些工具基本都能监控所有系统的 CPU、内存、磁盘、网络带宽、网络 I/O 等基础关键指标，再结合一些运营商提供的监控平台，就可以覆盖整个基础设施监控。</p>
<p><strong>监控报警策略一般由时间维度</strong>、<strong>报警级别</strong>、<strong>阈值设定三部分组成</strong>。</p>
<p><img src="assets/CioPOWAuYX-APgb5AABCnrQ8zLc613.png" alt="3.png" /></p>
<p>监控报警策略</p>
<p>为了方便你理解监控报警策略，我举个例子。假设系统的监控指标有CPU、内存和磁盘，监控的时间维度是分钟级，监控的阈值设置为占比。那么你可以定义出如下的监控报警策略：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAuYZKAaViEAACdg3MBCqE160.png" alt="4.png" /></p>
<p>为了第一时间监测到指标的健康度，报警级别可以分为紧急、重要，以及一般。当 CPU、内存，以及磁盘使用率这三项指标的每分钟采集的指标达到 90% 使用率时，就触发“紧急报警”；达到 80% 触发“重要报警”；70% 触发“一般报警”。</p>
<ul>
<li><strong>系统应用监控</strong></li>
</ul>
<p>业务状态监控报警，关注点在于系统自身状态的监控报警。和基础设施监控一样，它也是由监控指标，监控工具，报警策略组成，不同的是，系统应用监控报警的核心监控指标主要有流量、耗时、错误、心跳、客户端数、连接数等 6 个核心指标，监控工具有 CAT、SkyWalking、Pinpoint、Zipkin 等。</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAuYaSAOg3MAABlYMloePk508.png" alt="5.png" /></p>
<p>系统应用监控</p>
<ul>
<li><strong>存储服务监控</strong></li>
</ul>
<p>一般来讲，常用的第三方存储有 DB、ES、Redis、MQ 等。</p>
<p>对于存储服务的监控，除了基础指标监控之外，还有一些比如集群节点、分片信息、存储数据信息等相关特有存储指标的监控。</p>
<p>对于存储服务监的内容细节，我这里就不再一一介绍，在面试中，你只需要基于监控系统的三个核心组成部分（基础设施监控、系统应用监控、存储服务监控）来回答问题即可，比如，你可以回答：我为了确保系统的健康可靠，设计了一套监控体系，用于在生产环境对系统的可用性进行监控，具体的指标细节可以结合业务场景进行裁剪，比如你们是游戏领域，所以很关注流量和客户端连接数。</p>
<p>总的来说，<strong>让面试官认可你有一个全局的监控视角，比掌握很多监控指标更为重要。</strong></p>
<p>当然，很多互联网公司都很重视系统服务稳定性的工作，因为服务的稳定性直接影响用户的体验和口碑，线上服务稳定性是研发工程师必须要重点关注的问题。所以当你回答完上述问题后，有的面试官为了考察候选人的责任意识，一般还会追问：“如果线上出现告警，你作为核心研发，该怎么做呢？”</p>
<p>对于线上故障，要有应急响应机制，我总结以下几点供你参考：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAuYbuAaS3EAAFIiTdJNEg195.png" alt="6.png" /></p>
<h3>总结</h3>
<p>我们来回顾一下今天的重点内容。</p>
<p>为了在面试中更好地回答怎么评估系统高可用，我们讲解了 SLA 的概念以及评估方法，并得出“以停机时间影响的系统请求量作为评估指标”比较科学。</p>
<p>为了确保线上服务的稳定运行，在设计监控系统时，要考虑三个核心点，基础设施监控、系统应用监控，以及存储服务监控。</p>
<p>另外，我强调了故障处理是研发工程师在进阶过程中必须经历的，而故障处理能力也是面试官最为看重的能力之一，所以对于怎么处理各类故障，你要形成一套体系化的知识框架。</p>
<p>为了方便你的记忆，我将今天的内容总结如下。</p>
<p><img src="assets/CioPOWAs3luAbbhpAAEjKaU8JLg460.png" alt="Drawing 7.png" /></p>
</div>
</div>
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