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　　量變引起質(zhì)變。

　　項目需求

　　由于我們現(xiàn)在開發(fā)的云平臺項目是一個跨云調(diào)度的重型計算平臺，所以會用到不同的云服務(wù)廠商的計算實例服務(wù)器，比如阿里云的ecs、亞馬遜的ec2或者谷歌云的compute engine等，同時也會在這些計算實例之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　這些云服務(wù)器之間的傳輸速度通常是不同的，即使是同一個云服務(wù)廠商內(nèi)的不同區(qū)域服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)，帶寬也會有所不同。

　　所以需要對這些服務(wù)器之間的帶寬速度進(jìn)行測量，以供調(diào)度進(jìn)程分配任務(wù)和傳輸數(shù)據(jù)。

　　總結(jié)起來這個功能實現(xiàn)起來有3個要求：

　　①對不同區(qū)域內(nèi)的云服務(wù)器的tcp/Udp傳輸速度進(jìn)行檢測。

　?、诒仨毷菨M帶寬的測速，也就是說兩臺服務(wù)器在測速的時候不能有其它網(wǎng)絡(luò)程序運行。

　?、鄱嗯_服務(wù)器之間需要高效地建立兩兩連接。

　　針對這3個問題，我實行了以下解決方案。

　　基本結(jié)構(gòu)

　　一種簡單的設(shè)想就是啟動測速所需的客戶端和服務(wù)端，讓這些程序之間互相爭搶進(jìn)行測速。

　　但是這種方式在進(jìn)程的管理上很容易出現(xiàn)問題，因為每個進(jìn)程既要操作自己的狀態(tài)還需要操作其它進(jìn)程的狀態(tài)，同時一下子起4個進(jìn)程也比較浪費，因為事實上每次測速只會有一個進(jìn)程工作。

　　所以更好的方式是用主從結(jié)構(gòu)，由一個主進(jìn)程來啟停負(fù)責(zé)測速的客戶/服務(wù)端子進(jìn)程。

　　這樣不但能有效地避免資源的浪費和爭搶，同時主進(jìn)程中也可以集成很多邏輯功能，比如對外提供 Rest Api，記錄日志、備份測試結(jié)果等。

　　當(dāng)然為了方便部署和程序控制，所有的進(jìn)程都是部署在 docker 容器中。

　　由于主進(jìn)程需要訪問宿主機的 docker 服務(wù)，所以需要開啟 docker 的 remote Api 服務(wù)，對容器提供Rest Api進(jìn)行操作。

　　功能實現(xiàn)

　　基本測速

　　tcp與Udp

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一層一層封裝起來的，而tcp和Udp屬于同一層的兩種協(xié)議。

　　其中tcp協(xié)議在前后端開發(fā)中非常常用，因為Rest Api請求依賴的Http(s)協(xié)議就是tcp的上層協(xié)議，而Udp協(xié)議在視頻、游戲、下載等業(yè)務(wù)中使用也非常多。

　　它們有一些共同點：請求的發(fā)起方稱為客戶端，請求的接收方稱為服務(wù)端，服務(wù)端和客戶端可以雙向通信。

　　而它們的側(cè)重點有所區(qū)別。tcp更注重穩(wěn)定，客戶端和服務(wù)端之間需要建立連接之后才能互相發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　Udp則更注重速度，客戶端不需要和服務(wù)端建立連接即可直接發(fā)送數(shù)據(jù)，但是如果發(fā)送速度太快或者網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定可能會造成丟包，導(dǎo)致對方接收的數(shù)據(jù)部分丟失。

　　測速工具

　　常用的命令行測速工具有iperf和speedtest，相較之下選擇了功能更強大的iperf。

　　iperf是一個比較理想的測速工具，支持tcp、Udp協(xié)議，還可以通過參數(shù)來制定傳輸數(shù)據(jù)大小、傳輸次數(shù)或者傳輸時間，以及輸出結(jié)果的格式。

　　但是由于前面Udp協(xié)議的特性，測速會略微麻煩一些，需要找到合適的帶寬。

　　比如按照1gbps的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，丟包率是70%和按照10mbps的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，丟包率是0，那么對數(shù)據(jù)完整性有要求的話肯定更偏向于后者。

　　當(dāng)然實際情況并不是對于丟包率為0就是最好的，而是在可容忍的范圍內(nèi)采用最大速度傳輸（數(shù)據(jù)丟了還可以重傳不是~）。

　　這就意味著需要根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)狀況不斷調(diào)整和嘗試。

　　而iperf并沒有這么智能，所以Udp這一塊采用團(tuán)隊內(nèi)部開發(fā)的一款Udp傳輸工具，來找到理想的傳輸速度。

　　滿帶寬

　　要保證滿帶寬只需要保證測速時沒有其它程序占用帶寬即可。

　　由于我們可以啟動一臺獨立的搶占式服務(wù)器來運行測速程序，所以其它非測速程序的進(jìn)程不太可能占用帶寬，而容易爭搶帶寬的是用來測速的子程序。

　　所以需要讓子程序之間是互斥運行，甚至是互斥存在的。

　　采用狀態(tài)管理基本上就可以實現(xiàn)，主程序在每次有進(jìn)程啟動的時候?qū)顟B(tài)置為”connecting”，測速完成后置為”waiting”，只有在”waiting”狀態(tài)下才可以啟動新的子程序進(jìn)行測速。

　　但是這只是從代碼邏輯層面控制，對于穩(wěn)定健壯的程序而言，最好還有其它的硬性控制方式。

　　這時候使用容器的話就可以輕松辦到。

　　凡是需要進(jìn)行測速的進(jìn)程都在容器中啟動，同時容器的名稱都統(tǒng)一，那么一旦程序出現(xiàn)bug，同時啟動多個子程序時，docke r服務(wù)則會報錯，告知容器名稱沖突，從而創(chuàng)建失敗。

　　當(dāng)然這種方式也有一定的風(fēng)險，比如上一個進(jìn)程測速過程中出現(xiàn)問題沒有按時退出，那么則無法進(jìn)行新的測速，所以需要需要設(shè)定一個超時時間，超過一段時間后主動停止當(dāng)前測速子程序。

　　同時如果主程序意外退出，導(dǎo)致停止失敗的話，也要進(jìn)行處理：在每次啟動主程序的時候進(jìn)行檢查，及時銷毀未停止的子程序。

　　多節(jié)點

　　多節(jié)點算是非常棘手的問題。試想如果在一段時間內(nèi)同時在多個云服務(wù)器上啟動多個測速程序，如何保證他們有序的進(jìn)行測速呢？

　　要解決這個問題，先思考一個簡單些的問題：

　　在一段時間內(nèi)，如何決定哪些云服務(wù)器啟動服務(wù)端子程序哪些云服務(wù)器啟動客戶端子程序呢？

　　如果按照“主-從”模式的話需要建立一個中心節(jié)點來進(jìn)行控制，但是這樣的缺點很多，最重要的一個缺點是如果某個節(jié)點與中心節(jié)點無法通信那么就無法獲得與其它節(jié)點通信的機會，及時它和其它節(jié)點之間網(wǎng)絡(luò)暢通。

　　同時中心節(jié)點和其它節(jié)點之間也存在多節(jié)點通信的問題。

　　總而言之這種方式下通信的成本太高，服務(wù)端與客戶端傳輸數(shù)據(jù)需要的中間環(huán)節(jié)太多，很容易出現(xiàn)問題。

　　所以簡單的方式是讓云服務(wù)器之間互相發(fā)起測速請求并響應(yīng)。

　　這樣的話，主程序的邏輯要分為兩個模塊，一個模塊用來響應(yīng)請求、、分配端口、啟動服務(wù)端容器。

　　另一個用來輪詢帶測速隊列并發(fā)起請求、啟動客戶端容器建立連接。

　　工作流程大致如下：

　　這種處理方式還有一種極端情況，就是兩個云服務(wù)器之間互相請求進(jìn)行測試，如果雙方請求到達(dá)時間一致，那么就會同時給對方分配端口，然后同時受到對方分配的端口之后發(fā)現(xiàn)服務(wù)端已啟動于是放棄連接。

　　于是出現(xiàn)了類似進(jìn)程“死鎖”的狀態(tài)。

　　對于這種情況的處理方式是使用時間戳來記錄請求發(fā)起的時刻，雙方通過時間戳的先后來決定是否啟動客戶端或服務(wù)端。

　　即使更極端的情況出現(xiàn)——雙方時間戳相同。那么通過超時回收或者發(fā)消息釋放端口來建立下一次連接。

　　弱網(wǎng)絡(luò)下的處理

　　弱網(wǎng)絡(luò)指的是網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者帶寬較小的情況。

　　這種情況的處理方式原則上就是重測，但是關(guān)于重測有幾個需要注意的地方：

　　對于帶寬較小的情況需要考慮減小傳輸數(shù)據(jù)的體積以保證在制定的超時時間內(nèi)完成測速。

　　對于測速失敗的情況進(jìn)行判斷并重測，同時限定重測次數(shù)，避免無限重測。

　　重測時可以讓客戶端與服務(wù)端進(jìn)行互換測試，通過限定一方發(fā)起重測可實現(xiàn)。

　　總結(jié)

　　總體結(jié)構(gòu)圖如下：

　　很多時候?qū)崿F(xiàn)一個功能并不困難，但是要把功能實現(xiàn)好卻是一件不簡單的事。

　　雖然理論上實現(xiàn)起來只是簡單的調(diào)用測速工具就可以得到結(jié)果，但在實際場景下可用性會變得很低。

　　比如沒有對弱網(wǎng)絡(luò)的重測機制，那么偶然的網(wǎng)絡(luò)抖動就會影響到測速結(jié)果。

　　如果沒有考慮到多節(jié)點爭搶連接的問題，那么實際運行在多個云服務(wù)器上可能會造成程序錯誤或測速結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

　　要怎么樣把功能實現(xiàn)好呢？

　　至少有兩個考慮方向：

　　倍數(shù)思維。比如當(dāng)前框架支持10個頁面沒問題，那么如果100個、1000個會不會有性能問題？

　　極限思維。就是一些極端情況下的處理機制，比如在本文中對超時的處理，對容器互斥的處理等。（來源：人和未來gtxlab；作者^{[香港YINGSOO]}：朱德龍）

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　　高等院校對于主機租用方面應(yīng)該注意哪些

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　　主機租用應(yīng)具備的因素

　　線路問題主機租用和虛擬主機線路是一樣的分國外國內(nèi)和單線雙線。

　　購買國內(nèi)主機租用就建議大家根據(jù)使用情況來選擇線路。國外的一般是以香港和韓國的服務(wù)器以及美國的為主，具體要選擇哪一款就根據(jù)需求而定。

　　穩(wěn)定^{[國際專線]}性：主機租用穩(wěn)定運行就是網(wǎng)站穩(wěn)定訪問的基礎(chǔ)。

　　服務(wù)盡量不要出現(xiàn)網(wǎng)站打開慢的狀況，訪問速度要穩(wěn)定，任何時候打開網(wǎng)站的速度都要相當(dāng)，只有這樣才可以確定主機租用是穩(wěn)定的。

　　訪問速度：主機租用上的網(wǎng)站如果在5s之后還是不能訪問。

　　就說明此網(wǎng)站友好度不是很好，排名自然不會很好的如果有訪問速度不快的主機租用，除非是測試網(wǎng)站，否則就不要用來運營網(wǎng)站。

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