1. はじめに
1.1. 分散システムにおけるデータ同期の定義
データの同期は、合唱団の B シンガーのようなものです。コンサートを観ているときに、リードシンガーが突然声を失ったと想像してください。Bコーナーの歌手がいればコンサートは続けられる。コンピュータの分野では、データの同期とはデータのバックアップを意味します。システムの一部に障害が発生しても、他の部分は動作を継続できます。これは保険のようなもので、何が起こっても常に情報を利用できるようにします。
1.2. データ同期が非常に重要な理由
あなたの携帯電話の中の最も大切な写真を想像してみてください。次に、それが永遠になくなってしまった場合を想像してください。大変な気持ちですよね？そのため、私たちは大切な思い出を複数の場所に保管することがよくあります。同様に、あらゆる種類の企業や組織は、重要なデータを確実に保護したいと考えています。データの同期は、貴重な写真を複数の場所にバックアップするようなもので、データが常に安全であり、いつでも利用できることが保証されます。顧客の注文、医療記録、生徒の成績など、データの同期により重要な情報が失われることはありません。
1.3. データ同期戦略の概要
写真を保存するには、携帯電話、コンピュータ、クラウドなど、さまざまな方法があります。コンピュータ システムには、データ同期戦略と呼ばれる、データ同期のためのさまざまな方法もあります。高速ですがデータ損失のリスクがある方法もあれば、低速ですが安全な方法もあります。適切な戦略を選択することは、実際のニーズや重視する要素に基づいて、特定のタスクに適したツールを選択することに似ています。データ同期戦略を適切に選択することは、システム設計にとって重要です。この記事では、同期、非同期、および半同期バックアップという 3 つの主要な戦略について説明し、その動作方法、利点、使用例について詳しく説明します。
2. データ同期が必要な理由
2.1. システムの可用性を向上させる
お気に入りのテレビ番組を見ているときに、突然画面が真っ白になったと想像してください。機嫌が悪くなるでしょう？コンピューターの世界では、データの可用性はこのテレビ シリーズのようなもので、常にそこにあることが望まれます。システムの一部で問題が発生した場合でも、データの同期により他の部分が引き続き動作できるようになります。それは、テレビで同じ番組に対して複数の代替チャンネルがあるようなものです。1 つのチャンネルに問題がある場合は、別のチャンネルに切り替えることができます。
2.2. バックアップと災害復旧
データの同期は船の救命ボートと考えることができます。重大な事故が起こった場合に危機を救うことができます。ITの分野では、停電、ハードウェアの損傷、自然災害など、あらゆる種類の事故が発生する可能性があります。データの同期は、常に待機している救命ボートのようなものです。事故が発生した場合、データのバックアップを利用してサービスを迅速に復元できます。
2.3. パフォーマンスの向上
お店で長い時間並んで待ったことがありますか? サービス窓口やチェックアウトの数が多ければ全体的に効率が良くなりますよね? データ同期についても同様です。データのバックアップを別の場所に保存することにより、サービス ウィンドウを追加するのと同様に、ユーザーのリクエストにより迅速に応答でき、サービスの効率が向上します。
2.4. 地理的な位置を考慮する (CDN の使用など)
上海にいて深センのサーバーにデータをリクエストしたい場合、当然応答は遅くなります。しかし、データが上海のサーバーにバックアップされていれば、アクセスははるかに高速になります。データ同期により、データがユーザーの物理的な場所に近づき、アクセス遅延が短縮されます。これは、グローバル ユーザーにサービスを提供する場合に非常に重要です。すべての都市に支店を設けて、すべての顧客が迅速なサービスを受けられるようにするようなものです。
3. 同期バックアップ
3.1. 定義と概要
同期バックアップは、一緒に戦う消防士のチームのようなものです。火災が発生すると、全員が同時に出動し、すべてが制御下にあることを確認してから避難します。コンピュータ用語で言うと、同期バックアップとは、ある場所でデータが更新されると、他の場所でもすぐにデータが更新されることを意味します。システムのすべての部分が連携して、すべてのデータ スレーブの一貫性を確保します。これにより、すべてのデータを完全に同期した状態に保つことができます。
3.2. 動作原理
マスターノードの運用: 船の船長が指揮を執っていると想像してください。キャプテン (またはマスターノード) が責任を負い、何かを行う必要があるときは全員に知らせるようにします。同期バックアップでは、マスター ノードは船の船長のようなもので、データの更新方法を指示します。プロセスを開始し、すべてがスムーズに進むようにするのはこの人です。
スレーブ ノードの動作: 乗組員は同期バックアップのスレーブ ノードのようなものです。彼らは船長の命令に従い、すべてがうまくいくようにします。マスター ノードがデータの更新を要求すると、スレーブ ノードは直ちにそれを実行します。これらは連携して、各スレーブ ノードのデータが正確に同じであることを保証します。
確認プロセス: 乗組員は船長の命令に従った後、船長に報告し、船長に仕事が完了したことを知らせます。同期バックアップでは、スレーブ ノードはマスター ノードに確認応答を送信します。これは、「すべて問題ありません!」という親指を立てるようなもので、これによりすべてが同期され、プロセスが完了することが保証されます。
3.3. メリットとデメリット
フォールト トレランス: バックアップの同期は、車にスペア タイヤを積んでいるようなものです。何か問題が発生した場合はいつでもバックアップを作成できます。すべてのデータ スレーブは同一であるため、1 つの部分に障害が発生しても、他の部分が引き継ぐことができます。これは、システムが常に信頼性が高く、あらゆる状況に対応できるようにする 1 つの方法です。
潜在的なブロックの問題: ただし、非常灯を点灯するたびに各バッテリーをチェックする必要がある場合、間違いなく不必要な遅延が発生します。同期バックアップでは、すべてのデータが完全に同期されていることを確認するために、すべてのノードからの確認を待機することがあります。これにより、遅延が発生する可能性があります。この方法はより安全ですが、効率がある程度犠牲になる可能性があります。
4. 非同期バックアップ
4.1. 定義と概要
非同期バックアップは、宅配便で荷物を送るのと似ています。宅配業者に荷物を引き渡しますが、荷物が受取人に届いたかどうかはリアルタイムではわかりません。データベースの世界では、非同期バックアップとは、マスター データベースでデータが更新された後、これらの更新がスレーブ データベースに送信されますが、マスター データベースはスレーブ データベースからの確認をすぐには待機しないことを意味します。これにより、データ処理の速度が向上しますが、データの不整合のリスクも高まります。
4.2. 動作原理
クライアントへの即時応答: 非同期バックアップでは、システムがリクエストを受信すると、すぐに「受信しました」と通知され、他の操作を続行できるようになります。すべてが完了するまで待たせる必要はなく、スピードと利便性がすべてです。
スレーブ ノードへの非同期伝播: 荷物を持ち込むと、宅配会社が配達を担当します。最終的には目的地に到着すると信じています。非同期バックアップでは、配信更新がシステムの他の部分 (つまり、スレーブ ノード) に送信され、必要に応じて同期されます。それは、全員に配達メッセージを送信するようなもので、送信すれば全員が受け取ると信じて送信できます。
4.3 メリットとデメリット
スループットの最大化: 非同期バックアップは、高速で実行されるパイプラインのようなものです。細部を確認するために立ち止まることなく、すべての操作を迅速に実行できるようになります。これは、多数のリクエストを同時に処理する必要があるシステムに最適です。目標は、たとえ多少のリスクを負うことになっても、できるだけ早く物事を完了させることです。
データ損失の可能性: しかし、荷物が輸送中に紛失した場合はどうなるでしょうか? 非同期バックアップでは、一部の更新が失われたり遅れたりするリスクがあります。したがって、非同期バックアップは高速ですが、極端な場合にはデータの不整合が発生する可能性があります。
5. 準同期バックアップ
5.1. 定義と概要
準同期バックアップは駅伝に似ています。1 人のランナーが次のランナーにバトンを渡し、最初のランナーが停止する前に両方ともバトンが安全に渡されたことを確認します。コンピューティングでは、半同期バックアップは、前述の 2 つのアプローチを組み合わせたものです。続行する前に一部の更新が安全であることが確認されますが、すべてではありません。綱渡りのようなバランスのとり方です。両方のアプローチを活用するように設計されています。
5.2. 動作原理
スレーブ ノードのサブセットへの同期バックアップ: 何人かの親しい友人に秘密を伝え、他の人にそれを渡すように頼んだと想像してください。退職する前に、相手が完全に理解していることを確認する必要があります。半同期バックアップでは、スレーブ ノードのサブセットがすぐに更新され、システムはそれらが正しいことを確認します。それはセーフティネットがあるようなものですが、完全なセーフティネットではありません。
他のスレーブ ノードへの非同期バックアップ: 親しい友人に秘密を伝えた後は、その友人が他の人に話すことを信頼します。彼らが実際にそれをしたかどうかを確認することはありません。半同期バックアップでは、残りの更新は 2 回目のチェックなしで送信されます。それは種を植えて、雨が降ってくれると信じているようなものです。あなたは自分の役割を果たした後、手放しました。
5.3 利点と欠点
データの耐久性を確保する: 半同期バックアップは、強い柱と弱い柱で橋を架けるようなものです。強い支柱は橋が崩壊しないことを保証しますが、弱い支柱はある程度の柔軟性を与えます。このアプローチにより、プロセス全体の速度を低下させることなく、最も重要な部分が安全に保護されます。これは慎重なアプローチです。
スループットに対する境界の影響: しかし、ブリッジを非常に堅牢または非常に柔軟にしたい場合はどうすればよいでしょうか? 半同期バックアップはどちらにとっても完璧ではない可能性があります。交渉における妥協のようなものです。誰もが何かを手に入れますが、すべてを手に入れる人はいません。動作が少し遅くなったり、期待したほど安全ではない可能性があります。これはバランスの取れたアプローチであり、いくつかのトレードオフが必要であることを意味します。
6. 適切なバックアップ戦略を選択する
6.1. 考慮すべき要素
適切なバックアップ戦略を選択することは、特別な機会に適切な衣装を選択することに似ています。天候、イベントの種類、快適に感じる環境を考慮する必要があります。コンピューターの世界では、データの重要性、データへのアクセスの速さ、データの安全性などの要素を考慮する必要があります。これは、特定の状況に適した製品を見つけることです。
- データの重要性: データの中には、家の中の貴重品のように、常に安全に保ちたいほど重要なものもあります。また、一時ファイルなど、それほど重要ではないデータもあります。データの重要性を判断することは、適切なバックアップ戦略を選択するのに役立ちます。
- 一貫性の要件: データベースでは、データの一貫性を維持することは、すべてのデータ スレーブ ノードが最新で正確であることを保証することを意味します。整合性要件が高い場合は同期バックアップを選択することになりますが、整合性要件が低い場合は非同期バックアップに適している可能性があります。
- システムのスループット: スループットは、システムが単位時間あたりに処理できるデータの量を反映します。高スループットが必要な場合は、通常は非同期バックアップの方が高速であるため、非同期バックアップのほうが優先される場合があります。
6.2. 戦略の比較
同期バックアップ、非同期バックアップ、および半同期バックアップにはそれぞれ長所と短所があります。
- 同期バックアップは丈夫なハイキング シューズのようなもので、安全ですが、場合によっては速度が遅くなることがあります。
- 非同期バックアップはランニング シューズのようなもので、高速ではありますが、保護性はそれほど高くない可能性があります。
- 半同期バックアップはカジュアルなスニーカーのようなもので、両方を兼ね備えています。
これらの違いを理解することで、旅行に適した靴を選ぶことができます。
7. 結論
7.1. 重要なポイントのまとめ
適切なバックアップ戦略を選択することは、成功する旅行を計画することに似ています。どこへ行くのか、途中で何が必要になるのか、予期せぬ緊急事態にどう対処するのかを知っておく必要があります。同期バックアップ、非同期バックアップ、半同期バックアップには、車両の種類と同様に、それぞれ独自の長所と短所があります。それらを理解することは、旅の正しい方法を選択するのに役立ちます。
7.2. システム設計への影響
バックアップ戦略の選択は、建物の適切な基礎の選択と同様に、大きな影響を与える可能性があります。適切に選択すれば、すべてが安定し、スムーズに実行されます。間違ったものを選択すると、将来的に問題が発生する可能性があります。これは十分な情報に基づいた慎重な決定です。それは、持続し、うまく機能するシステムを構築することです。