在分布式系统中，经常会碰到的技术名词一般有多副本、数据分区、一致性算法、事务等，这些技术在分布式系统设计中都是非常重要的，CEOPA想通过本文对分布式系统的可靠性、可扩展性和可维护性特性的讨论，描述这些技术解决的问题，希望能够帮到大家。
可靠性
指的是在任何情况下，系统正常工作的能力。如果一个系统在发生任何异常时，都能正常的工作，那么系统是完全可靠的。现实中，异常种类很多，有的往往难以事先避免，因此，了解可能的异常并分析如何在异常发生时快速恢复是非常重要的。一般地，异常包括硬件异常，软件异常和人为异常。
硬件异常
硬件异常种类很多，硬盘，电源等任意一个部件的损坏，都可能导致服务器不能正常的工作。通常这类异常难以避免，但是，我们可以通过一些技术手段来实现异常发生后的快速恢复，不管是从软件角度还是硬件角度，基本的解决思路都是冗余。从硬件角度来讲，我们可以通过单机冗余多份硬件，当其中某个硬件发生异常时，可以快速地用好的硬件替换掉故障的硬件，这种方式的硬件冗余对于数据中心级的故障是没有作用的；
从软件角度来讲，我们可以通过多副本(Replication)来实现快速恢复，当某台服务器硬件异常时，可以在软件层面将流量导入到新的副本上(实际上也有硬件冗余，但这种方式更为灵活)。
除了Replication之外，有时候为了减少单台服务器故障对所有用户的影响，可以对用户数据做分区（Partition）。单台服务器只存某一部分用户的数据，这样单机故障就只会影响一部分用户了。引入多副本（Replication）后，如何保证多副本的数据的一致性又成了一个问题。Paxos和Raft算法就是为了解决这类问题。
软件异常
软件异常一般指的是系统的bug，这里面不仅包括自己写的系统的bug，也包括依赖的服务系统的bug。软件异常同样也是不能完全避免的，因此，在发生软件异常时，也需要有快速恢复的手段，通常有三种方法：1. 通过调整软件已有的配置参数，规避问题
2. 重启软件或者依赖的服务，消除异常状态
3. 直接修复bug，并升级版本
人为异常
不管是软件本身，还是软件所运行的服务器，都是由人来管理的，但人是会犯错误的，有时候会执行错误的命令导致系统不能正常工作，其中比较致命的错误可能就是删掉某台服务器的数据了。在这种情况下为了能快速地恢复，通常也是采用多副本（Replication）的思路，来避免问题。
扩展性
系统的工作负载通常不是一成不变的，当工作负载增加时，往往可以通过增加机器资源来保持性能不变。需要增加机器数量的多少是由系统的扩展性来决定的，扩展性越好的系统，需要增加的机器资源越少。最完美的扩展性是线性扩展性，即工作负载扩大为原来N倍的时候，只需要加N倍的机器，就能够保持性能不变，最差的扩展性则是没有扩展性，即工作负载扩大为原来N倍时，即使加再多的机器，也无法保持性能和原来一样。
扩展通常是两种思路，一是垂直扩展，即使用更好的机器替换现有的机器，二是水平扩展，即使用更多的机器。
对于垂直扩展，其优点是对业务是无影响的，缺点是更好的机器是很贵的。通常是一分钱一分货，而十分钱只能买到两分货，且现实中总有单机装不下的数据量，此时垂直扩展自然就无法实施了。
对于水平扩展，通常需要软件层面的配合。对于无状态的系统，通常只要在新加的机器上部署上需要扩展的系统；对于有状态的系统，一般指的是存储系统，通常会将数据分区Partition。这样新加的机器才能通过迁移Partition的方式，从老的机器上迁移数据以及对应的工作负载出来。水平扩展的优点是使用的都是相对廉价的服务器，能节约成本，但在软件层面需要做大量的工作，包括Partition的管理，迁移，负载均衡等。
可维护性
可维护性的好坏决定了系统是否能够长久的发展，一个可维护性不好的系统，会给运维和开发人员带来很多不便。对于运维人员来讲，可维护性指的是系统是否支持常用的运维手段，良好的文档等等。而对于开发人员来讲，主要分为内核开发以及使用该系统的业务开发，对于业务开发，维护性指的是系统是否有良好的接口，方便业务使用。