第1章 概述

• 分布式存储概念
  1. 分布式存储的几个特性
  2. 可扩展
  3. 低成本
  4. 高性能
  5. 易用
• 分布式系统以及数据库技术
  1. 数据分布
  2. 一致性
  3. 容错
  4. 负载 均衡
  5. 事务与并发控制
  6. 易用性
  7. 压缩/解压缩
• 分布式存储分类
  1. 非结构化数据
  2. 结构化数据
  3. 半结构化数据
• 不同的分布式存储系统适合处理不同类型的数据，共分为四类分布式存储系统：分布式文件系统，分布式键值系统，分布式表格系统，分布式数据库。

第一篇 基础篇

第2章 单机存储系统

• 存储系统的性能主要包括两个维度：吞吐量和访问延时，磁盘和SSD的访问延时差别很大，但带宽差别不大，因此，磁盘适合大块顺序访问的存储系统，SSD适合随机访问较多或者对延时比较敏感的关键系统，二者也常常组合在一起进行混合存储，热数据（访问频繁）存储到SSD中，冷数据（访问不频繁）存储到磁盘中。
• 单机存储引擎
  1. 哈希存储引擎
  2. B树存储引擎
  3. LSM树存储引擎
• 数据模型：文件、关系、键值模型
• 事务与并发控制
  1. 为了提高读事务性能，可以采用写时复制(Copy-On-Write COW)或者多版本并发控制(Multi-Version Concurrency Control MVCC)技术避免写事务阻塞读事务。
  2. ACID
  3. SQL的隔离级别 Read Uncommitted, Read Committed, Repeatable Read, Serializable, Lost Update, Dirty Reads,Non-Repeatable Reads, Second Lost Updates problem, Phantom Reads
  4. 并发控制, 数据库锁
     • 解决死锁的思路主要有两种：1 每个事务设置一个超时时间，超时后自动回滚。2 死锁检测，检测到死锁后可以通过回滚其中某些事务来消除循环依赖。
• 故障恢复
  1. 操作日志
  2. 重做日志
  3. 优化手段
     • 成组提交
     • 检查点
• 数据压缩
  1. 压缩算法
     • Huffman算法，找到一种前缀编码方式使得编码长度最短
     • LZ系列压缩算法，是一种动态创建字典的压缩算法，压缩工程中动态创建字典并保存在压缩信息里面。
     • BMDiff与Zippy
     • 列式存储

第3章 分布式系统

• 分布式系统中有两个重要的协议，包括Paxos选举协议和两个阶段提交协议。Paxos协议用于多个节点之间达成一致， 往往用于实现总控节点选举。两个阶段提交协议用于保证跨多个节点操作的原子性，这些操作要么全部成功，要么全部失败。
• 基本概念
  1. 异常；服务器宕机；网络异常；磁盘故障（磁盘损坏或磁盘数据错误）
  2. 超时，RPC执行结果的三种状态：成功，失败，超时。分布式系统中接口设计为“幂等”，超时时可以不断重试。
  3. 一致性，数据冗余备份时将出现这个问题。从两个角度理解一致性，第一个角度用户，或者称为客户端，即客户端读写 操作是否符合某种特性；第二角度时存储系统，即存储系统的多个副本之间是否一致，更新的顺序是否相同等。 一般要求存储系统能够读写一致性，会话一致性，单调读，单调写等特性。
  4. 衡量指标：性能，每秒处理读操作QPS Query Per Second，每秒写操作 TPS Transaction Per Second。 设计系统时高吞吐量和低延迟需要做个权衡。可用性。一致性。可扩展性。
• 性能分析。
• 数据分布。两种，哈希分布如一致性哈希代表系统Amazon的Dynamo系统；另一个顺序分布，即每张表哥上的数据 按照主键整体有序，代表系统有Google的Bigtable系统。
  1. 哈希分布，只支持随机读取操作不支持顺序扫描。
  2. 顺序分布。
  3. 负载均衡。
• 复制。
• 容错。
  1. 故障检测
  2. 故障恢复
• 可扩展性
  1. 总控节点
  2. 数据库扩容
  3. 异构系统
• 分布式协议
  1. 两个阶段和Paxos协议。两个阶段保证跨多个节点操作的院子性，也就是说跨多个节点的操作要么在所有节点上全部执行成功，要么全部失败。Paxos协议用于确保多个节点对某个投票达成一致。
     • Two-phase Commit 2PC;请求阶段，提交阶段；可能面临的故障，事务参与者发生故障，给每个事务设置一个超时时间，如果某个事务参与者一直不响应，到达超时时间后整个事务失败。协调者发生故障，协调者需要将事务相关信息记录到操作日志并同步到备用协调者，假如协调者发生故障，备用协调者可以接替它完成后续工作，如果没有备用协调者，协调者又发生了永久性故障，事务参与者将无法完成事务而一直等待下去。总而言之，2PC提交协议是阻塞协议，执行过程中需要锁住其他更新，且不能容错，大多数分布式存储系统都敬而远之，放弃对分布式事务的支持。
  2. Paxos协议。准备-》批准-》确认。正确性，可终止性。
  3. Paxos与2PC；Paxos协议一种用法是用它来实现全局的锁服务或者命名的配置服务。另一种用法是用它来将用户数据复制到多个数据中心。2PC协议最大的缺陷在于无法处理协调宕机问题。两者的结合起来，通过2PC保证多个数据分片上操作的原子性，通过Paxos协议实现同一个数据分片的多个副本之间的一致性，另外Paxos解决了2PC的协调者宕机问题，当2PC协调者故障时，通过Paxos协议选举出新的协调者继续提供服务。
     • 跨机房部署
  4. 集群整体切换
  5. 单个集群跨机房
  6. Paxos选主副本。

第二篇 范型篇

第4章 分布式文件系统

• 分布式文件系统的主要功能有两个：一个是存储文档、图像、视频之类的Blob类型数据；另一个作为分布式表格系统的持久化层。
• GFS系统节点分为三种角色：GFS Master(主控服务器)、GFS ChunkServer(CS, 数据块服务器)以及GFS客户端。
• GFS关键问题；
  1. 租约机制
  2. 一致性模型
  3. 追加流程
  4. 容错机制
• Master设计
  1. Master内存占用
  2. 负载均衡
  3. 垃圾回收
  4. 快照
• Taobao File System 读多写基本一次
  1. TFS设计思路：多个逻辑图片文件共享一个物理文件。
  2. NameServer：Block管理，包括创建、删除、复制、重新均衡；DataServer管理，包括心跳、DataServer加入及退出；以及管理Block与所在DataServer之间的映射关系。与GFS Master相比，TFS NameServer最大的不同就是不需要保存文件目录树信息，也不需要维护文件与Block之间的映射关系。
  3. 追加流程
  4. 图片去重是一个键值存储系统。Tair。
• Facebook Haystack
• 内容分发网络
  1. 分级存储
  2. 低功耗服务器定制，考虑是I/O密集型还是CPU密集型。

第5章 分布式键值系统

• Dynamo设计时面临的问题以及解决方案

• 容错 TODO 100p

第6章 分布式表格系统

第7章 分布式数据库