分布式技術(shù)發(fā)展歷程來看，分布式其實就是用廉價普通的機器解決單個計算機處理復(fù)雜、大規(guī)模數(shù)據(jù)和任務(wù)時存在的性能和資源瓶頸問題。

如何來衡量一個分布式系統(tǒng)的優(yōu)劣程度呢？

一般分布式系統(tǒng)的表現(xiàn)好壞表現(xiàn)在以前幾個方面：

• 性能
• 資源
• 可用性
• 可擴展性

性能

其實對于什么是性能，最常聽說的就是請求的響應(yīng)速度。其實這只是一方面，不同的系統(tǒng)，對于系統(tǒng)的要求不一樣，有的關(guān)注吞吐量，有的關(guān)注相應(yīng)時間，有的關(guān)注完成時間，沒錯這三個指標就是最常見的性能指標。

吞吐量

吞吐量指的是系統(tǒng)在一定時間內(nèi)可以處理的任務(wù)數(shù)。

這個指標很直觀的反應(yīng)處一個系統(tǒng)的性能，就好像在顧客非常多的情況下，看一個收銀員可以一個小時能服務(wù)多少個顧客。

在互聯(lián)網(wǎng)中吞吐量常常表現(xiàn)為三個具體的指標：

1. QPS
2. TPS
3. BPS

QPS，即查詢數(shù)每秒，用于衡量一個系統(tǒng)每秒處理的查詢數(shù)。這個指標通常用于讀操作，越高說明對讀操作的支持越好。所以，我們在設(shè)計一個分布式系統(tǒng)的時候，如果應(yīng)用主要是讀操作，那么需要重點考慮如何提高QPS，來支持高頻的讀操作。

TPS，即事務(wù)數(shù)每秒，用于衡量一個系統(tǒng)每秒處理的事務(wù)數(shù)。這個指標通常對應(yīng)于寫操作，越高說明對寫操作的支持越好。我們在設(shè)計一個分布式系統(tǒng)的時候，如果應(yīng)用主要是寫操作，那么需要重點考慮如何提高TPS，來支持高頻寫操作。

BPS，即比特數(shù)每秒，用于衡量一個系統(tǒng)每秒處理的數(shù)據(jù)量。對于一些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，我們不能簡單地按照請求數(shù)或事務(wù)數(shù)來衡量其性能。因為請求與請求、事務(wù)與事務(wù)之間也存在著很大的差異，比方說，有的事務(wù)大需要寫入更多的數(shù)據(jù)。那么在這種情況下，BPS更能客觀地反應(yīng)系統(tǒng)的吞吐量。

響應(yīng)時間

響應(yīng)時間指的是，系統(tǒng)響應(yīng)一個請求需要花費的時間。響應(yīng)時間直接影響到用戶體驗，對于時延敏感的業(yè)務(wù)非常重要。比如用戶搜索導(dǎo)航，特別是用戶邊開車邊搜索的時候，如果響應(yīng)時間很長，就會直接導(dǎo)致用戶走錯路。

完成時間

指的是，系統(tǒng)真正完成一個請求或處理需要花費的時間。任務(wù)并行（也叫作任務(wù)分布式）模式出現(xiàn)的其中一個目的，就是縮短整個任務(wù)的完成時間。特別是需要計算海量數(shù)據(jù)或處理大規(guī)模任務(wù)時，用戶對完成時間的感受非常明顯。

資源占用

資源占用指的是，一個系統(tǒng)提供正常能力需要占用的硬件資源，比如CPU、內(nèi)存、硬盤等。

一個系統(tǒng)在沒有任何負載時的資源占用，叫做空載資源占用，體現(xiàn)了這個系統(tǒng)自身的資源占用情況。比如，你在手機上安裝一個App，安裝的時候通常會提示你有多少KB，這就是該App的空載硬盤資源占用。對于同樣的功能，空載資源占用越少，說明系統(tǒng)設(shè)計越優(yōu)秀，越容易被用戶接受。

一個系統(tǒng)滿額負載時的資源占用，叫做滿載資源占用，體現(xiàn)了這個系統(tǒng)全力運行時占用資源的情況，也體現(xiàn)了系統(tǒng)的處理能力。同樣的硬件配置上，運行的業(yè)務(wù)越多，資源占用越少，說明這個系統(tǒng)設(shè)計得越好。

可用性

可用性，通常指的是系統(tǒng)在面對各種異常時可以正確提供服務(wù)的能力?？捎眯允欠植际较到y(tǒng)的一項重要指標，衡量了系統(tǒng)的魯棒性，是系統(tǒng)容錯能力的體現(xiàn)。系統(tǒng)的可用性可以用系統(tǒng)停止服務(wù)的時間與總的時間之比衡量。

假設(shè)一個網(wǎng)站總的運行時間是24小時，在24小時內(nèi)，如果網(wǎng)站故障導(dǎo)致不可用的時間是4個小時，那么系統(tǒng)的可用性就是4/24=0.167，也就是0.167的比例不可用，或者說0.833的比例可用。

除此之外，系統(tǒng)的可用性還可以用某功能的失敗次數(shù)與總的請求次數(shù)之比來衡量，比如對網(wǎng)站請求1000次，其中有10次請求失敗，那么可用性就是99%。

你可能經(jīng)常在一個系統(tǒng)的宣傳語中見到或聽到3個9（或3N，3 Nines）、5個9（或9N，9 Nines）。這些宣傳語中所說的3個9、5個9，實際上就是系統(tǒng)廠商對可用性的一種標榜，表明該系統(tǒng)可以在99.9%或99.999%的時間里能對外無故障地提供服務(wù)。

講到了可用性，你可能還會想到一個非常近似的術(shù)語：可靠性（Reliability）。那可靠性和可用性有什么區(qū)別呢？ 可靠性通常用來表示一個系統(tǒng)完全不出故障的概率，更多地用在硬件領(lǐng)域。而可用性則更多的是指在允許部分組件失效的情況下，一個系統(tǒng)對外仍能正常提供服務(wù)的概率。 杰夫 · 迪恩（Jeff Dean）曾在Google I/O大會上透露：谷歌一個基于1000臺通用計算機的集群，一年之內(nèi)就有1000+硬盤會出現(xiàn)故障。由于現(xiàn)在比較常見的分布式系統(tǒng)基本上都是基于通用計算機的，這就意味著在這些系統(tǒng)中無法實現(xiàn)真正的可靠，所以我們也會在一些場合見到可靠性和可用性交換使用的情況。

可擴展性

可擴展性，指的是分布式系統(tǒng)通過擴展集群機器規(guī)模提高系統(tǒng)性能(吞吐、響應(yīng)時間、 完成時間)、存儲容量、計算能力的特性，是分布式系統(tǒng)的特有性質(zhì)。

分布式系統(tǒng)的設(shè)計初衷，就是利用集群多機的能力處理單機無法解決的問題。然而，完成某一具體任務(wù)所需要的機器數(shù)目，即集群規(guī)模，取決于單個機器的性能和任務(wù)的要求。

當任務(wù)的需求隨著具體業(yè)務(wù)不斷提高時，除了升級系統(tǒng)的性能做垂直/縱向擴展外，另一個做法就是通過增加機器的方式去水平/橫向擴展系統(tǒng)規(guī)模。

這里垂直/縱向擴展指的是，增加單機的硬件能力，比如CPU增強、內(nèi)存增大等；水平/橫向擴展指的就是，增加計算機數(shù)量。好的分布式系統(tǒng)總在追求“線性擴展性”，也就是說系統(tǒng)的某一指標可以隨著集群中的機器數(shù)量呈線性增長。

衡量系統(tǒng)可擴展性的常見指標是加速比（Speedup），也就是一個系統(tǒng)進行擴展后相對擴展前的性能提升。

一個分布式系統(tǒng)是否可以保證每個指標都達到理性水平？

答案是否定的，無論是高可用，高性能，還是高擴展性，都會受到資源占用的限制，說白了就是受到成本的限制。

然而，雖然出于硬件成本、開發(fā)效率等因素的約束，我們無法在性能、可用性、可靠性和資源占用做到面面俱到。所以在不同的業(yè)務(wù)場景中，設(shè)計者們需要有所取舍。

接下來，我?guī)阋黄鹂匆幌碌湫偷碾娚?、IoT、電信、HPC（高性能計算）、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等業(yè)務(wù)或系統(tǒng)對不同指標的訴求。

• 電商系統(tǒng)。對于一個電商系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計者最看重的是吞吐量，為了處理更多的用戶訪問或訂單業(yè)務(wù)，甚至不惜犧牲一些硬件成本。
• IoT。對于一個IoT系統(tǒng)而言，設(shè)計者最看重的是資源占用指標，因為在一些功能極簡的IoT設(shè)備上RAM、ROM的可用資源通常都是KB級的。
• 電信業(yè)務(wù)。對于電信業(yè)務(wù)而言，最重要的無疑是響應(yīng)時間、完成時間，以及可用性。因為，你在打電話時不希望你的聲音半天才被對方聽到，也不希望半天才聽到對方的回應(yīng)，更不希望你的電話無法撥出。
• HPC。HPC系統(tǒng)最顯著的特點是任務(wù)執(zhí)行時間極長，一個天體物理任務(wù)的分析和計算通常耗時數(shù)周甚至數(shù)月。因此，通過水平擴展來提高系統(tǒng)的加速比，是HPC系統(tǒng)設(shè)計者需要關(guān)注的。
• 大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)任務(wù)的處理時間可能相對HPC系統(tǒng)來講比較短，但常見的完成時間也達到了小時級，所以擴展性也是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)首先要考慮的。
• 云計算。對于一個云計算系統(tǒng)而言，常見任務(wù)是虛擬主機或容器的創(chuàng)建、資源調(diào)整、銷毀等操作，如何減少這些操作的完成時間，從而提升用戶體驗是設(shè)計者們要重點關(guān)注的。另外，云計算系統(tǒng)本質(zhì)上賣的是資源，那么降低系統(tǒng)本身的資源開銷，也是系統(tǒng)設(shè)計的重中之重。
• 區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈的吞吐量比較低，比特幣的TPS只有7次每秒，單平均一次交易的確認就需要10分鐘左右，因此吞吐量和完成時間通常是區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計者的首要目標。