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  • 【mon】paxos算法 ②

     角色

    在Paxos协议中存在5种角色: client, acceptor, proposer, learner, 和 leader。但在实际的实现中,一个服务可能同时扮演一个或者多个角色,这样做的考虑是为了减少消息延迟和消息数量,提升整个Paxos协议的工作效率。

    Client
    Client 是指请求的发起端,Client发送请求给分布式系统,并等待回复。

    Acceptor (Voters)
    Acceptor 可以看做是消息请求的存储器。一般来说Acceptors是由一定数量的服务组成的,当消息被发送给Acceptor, 只有大部分Acceptor确认接收此消息,该消息才会被存储,否则该消息将被丢弃。

    Proposer
    Proposer 可以看做Client的代理人,Proposer将Client的消息请求发送给Acceptors,并等待Acceptors的确认。在发生消息冲突时,Proposer将会尝试解决冲突。

    Learner
    Learners可以看做是所有被确认消息的执行器,一旦有Client的消息请求被Acceptors确认之后,Learners会做相应的处理(如:执行消息内容,发送回复给Client)。Learner可以有多个。

    Leader
    Paxos需要一个Leader来确保分布式系统可以按步骤进行下去。这里的Leader其实就是一个Proposer, Paxos协议会确保只有一个Proposer会被当做Leader。
    Proposal Number & Agreed Value

    Proposal Number 也叫提案编号,我们用n表示,对于每一个Proposer来说,每一个提案编号都是唯一的。
    Agreed Value也叫确认值,我们用v来表示,v是Acceptors确认的值。
    两个值组合起来就是(n,v)。
    Basic Paxos

    Paxos协议有很多变种,这里我们首先介绍一下Basis Paxos,后面的文章我们会继续介绍其他的Paxos协议。当然,既然是基础的Paxos协议,搞懂了它,对于其他的Paxos协议自然手到擒来。
    在Basic Paxos 协议中,有很多次的执行过程,每次执行过程产生一个单独的执行结果。每次执行过程都有很多轮次,每一轮都有2个阶段。

    阶段1   

    阶段1A:Prepare

    在Prepare阶段,一个Proposer会创建一个Prepare消息,每个Prepare消息都有唯一的提案编号n。n并不是将要提案的内容,而只是一个唯一的编号,用来标志这个Prepare的消息。
    n必须比该Proposer之前用过的所有编号都大,一般来说我们可以以数字递增的方式来实现这个编号。
    接下来Proposer会把该编号发送给Acceptors,只有大多数Acceptors接收到Proposer发来的消息,该消息才算是发送成功。

    阶段1B:Promise

    所有的Acceptors都在等待从Proposers发过来的Prepare消息。当一个Acceptor收到从Proposer发过来的Prepare消息时候,会有两种情况:

    该消息中的n是Acceptor所有收到的Prepare消息中最大的一个,那么该Acceptor必须返回一个Promise消息给Proposer,告诉它后面所有小于n的消息我都会忽略掉。如果该Acceptor在过去的某个时间已经确认了某个消息,那么它必须返回那个消息的proposal number m 和 accepted value w (m,w)。如果该Acceptor在过去并没有确认过任何消息,那么会返回NULL。
    如果Prepare消息中的n小于该Acceptor之前接收到的消息,那么该消息会被Acceptor忽略(为了优化也可以返回一个拒绝消息给Proposer,告诉它不要再发小于n的消息给我了)。

    阶段2

    如果一个Proposer从Acceptors接收到了足够多的Promises(>n/2),这表示该Proposer可以开始下一个Accept请求的阶段了,在Accept阶段,Proposer需要设置一个值,然后向Acceptors发送Accept请求。
    在阶段1B我们讲到了,如果Acceptor之前确认过消息,那么会把该消息编号和消息的值(m,w)返回给Proposer, Proposer收到多个Acceptors返回过来的消息之后,会从中选择编号最大的一个消息所对应的值z,并把他作为Accept请求的值(n,z)发给Acceptor。如果所有的Acceptors都没有确认过消息,那么Proposer可以自主选择要确认的值z。

    阶段 2b: Accepted
    当Acceptor接收到了Proposer的确认消息请求(n,z),如果该Acceptor在阶段1b的时候没有promise只接收>n的消息,那么该(n,z)消息就必须被Acceptor确认。
    当(n,z)消息被Acceptor确认时,Acceptor会发送一个Accepted(n,z)消息给Proposer 和所有的Learner。当然在大部分情况下Proposer和Learner这两个角色可以合并。
    如果该Acceptor在阶段1b的时候promise只接收>n的消息,那么该确认请求消息会被拒绝或者忽略。
    按照以上的逻辑就会出现在一个轮次中,Acceptor 确认多次消息的情况。什么情况下才会出现这样的情况呢? 我们举个例子:
    Acceptor 收到Accept(n,z),然后返回了Accepted(n,z),接下来该Acceptor 又收到了Prepare(n+1)请求,按照阶段1B的原则,Acceptor会 Promise (n+1,z),然后Acceptor 收到Accept(n+1,z),最后返回Accepted(n+1,z)。大家可以看到尽管Acceptor 确认了多次请求,但是最终会确保确认的值是保持一致的。

    Basic Paxos without failures

    在该序列图中,有1个Client,3个Acceptors和1个Learner,该图表示的是在第一轮执行过程中就成功的例子

    资料

    1. The Paxos algorithm, when presented in plain English, is very simple

    2. Paxos (computer science)

    3. 理解分布式一致性:Paxos协议之Basic Paxos

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/sunbines/p/15747057.html
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