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(相關(guān)資料圖)

想象一下，您想從ATM取款。您希望它能夠正確顯示您的帳戶(hù)余額并快速處理您的請(qǐng)求。然而，網(wǎng)絡(luò)延遲使得系統(tǒng)很難同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)簡(jiǎn)單的期望。如果ATM系統(tǒng)試圖實(shí)現(xiàn)高“一致性”，這意味著它通過(guò)檢查遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)顯示最新的賬戶(hù)余額，它可能會(huì)讓您等待甚至阻止您在繁忙時(shí)間訪(fǎng)問(wèn)您的賬戶(hù)。

另一方面，如果ATM系統(tǒng)傾向于“可用性”，它可以讓您快速訪(fǎng)問(wèn)您的帳戶(hù)，但存在顯示不準(zhǔn)確信息的風(fēng)險(xiǎn)。為避免不良結(jié)果，設(shè)計(jì)ATM系統(tǒng)和其他分布式系統(tǒng)需要做出明智的權(quán)衡。

為了幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員做出這些權(quán)衡，來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校和德累斯頓技術(shù)大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一致性、可用性和網(wǎng)絡(luò)延遲之間的簡(jiǎn)單代數(shù)關(guān)系。這項(xiàng)研究發(fā)表在《智能計(jì)算》上。

研究人員將這種代數(shù)關(guān)系稱(chēng)為一致性-可用性-表觀延遲定理;它將一致性、可用性和表觀延遲量化為時(shí)間間隔。CAL定理建立在EricBrewer著名的一致性-可用性-網(wǎng)絡(luò)分區(qū)定理之上。

CAP定理讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)預(yù)先選擇犧牲一致性、可用性或兩者，而CAL定理允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)情況調(diào)整他們的選擇——一種支持“具有明確陳述假設(shè)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)”的方法”

嚴(yán)格的設(shè)計(jì)對(duì)于控制連接設(shè)備(例如工廠機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備和安全系統(tǒng))的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分布式系統(tǒng)至關(guān)重要，這些設(shè)備在不同節(jié)點(diǎn)具有不同的延遲并且容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障。使用CAL定理和LinguaFranca協(xié)調(diào)語(yǔ)言(一種允許程序員指定不同節(jié)點(diǎn)應(yīng)如何相互交互的強(qiáng)大工具)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模并使用結(jié)果來(lái)定制分布式系統(tǒng)以提高可靠性和效率。

研究人員使用一個(gè)簡(jiǎn)單的ATM網(wǎng)絡(luò)來(lái)跟蹤余額和處理交易，從而證明了他們的方法的有效性。他們使用CAL定理對(duì)ATM網(wǎng)絡(luò)建模，并根據(jù)使用LF協(xié)調(diào)語(yǔ)言指定的最低一致性和可用性要求得出網(wǎng)絡(luò)延遲的界限。

保持在這些范圍內(nèi)，他們能夠通過(guò)做出有關(guān)軟件放置的決策以及一致性和可用性之間的權(quán)衡來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)實(shí)世界中，這種優(yōu)化可能是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)所必需的。

研究人員還展示了在部署此類(lèi)系統(tǒng)后如何檢測(cè)和處理違反網(wǎng)絡(luò)延遲要求的情況。借助LF協(xié)調(diào)語(yǔ)言提供的內(nèi)置故障處理程序，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以選擇犧牲一致性或可用性并“優(yōu)雅地處理此類(lèi)故障”。

此外，研究人員基于CAL定理實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)協(xié)調(diào)擴(kuò)展——一個(gè)集中式和一個(gè)分散式——支持隨著網(wǎng)絡(luò)延遲的變化在一致性和可用性之間進(jìn)行靈活的權(quán)衡。集中式協(xié)調(diào)機(jī)制優(yōu)先考慮一致性，而分散式協(xié)調(diào)機(jī)制優(yōu)先考慮可用性。可以根據(jù)上下文的需要定制采用這些機(jī)制的系統(tǒng)。