Paxos

Wu Jun 2020-01-21 15:52:01
11 分布式 > 08 负载均衡

用于达成共识性问题,即对多个节点产生的值,该算法能保证只选出唯一一个值。

主要有三类节点:

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1 执行过程

规定一个提议包含两个字段:[n, v],其中 n 为序号(具有唯一性),v 为提议值。

1.1 Prepare 阶段

下图演示了两个 Proposer 和三个 Acceptor 的系统中运行该算法的初始过程,每个 Proposer 都会向所有 Acceptor 发送 Prepare 请求。

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当 Acceptor 接收到一个 Prepare 请求,包含的提议为 [n1, v1],并且之前还未接收过 Prepare 请求,那么发送一个 Prepare 响应,设置当前接收到的提议为 [n1, v1],并且保证以后不会再接受序号小于 n1 的提议。

如下图,Acceptor X 在收到 [n=2, v=8] 的 Prepare 请求时,由于之前没有接收过提议,因此就发送一个 [no previous] 的 Prepare 响应,设置当前接收到的提议为 [n=2, v=8],并且保证以后不会再接受序号小于 2 的提议。其它的 Acceptor 类似。

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如果 Acceptor 接收到一个 Prepare 请求,包含的提议为 [n2, v2],并且之前已经接收过提议 [n1, v1]。如果 n1 > n2,那么就丢弃该提议请求;否则,发送 Prepare 响应,该 Prepare 响应包含之前已经接收过的提议 [n1, v1],设置当前接收到的提议为 [n2, v2],并且保证以后不会再接受序号小于 n2 的提议。

如下图,Acceptor Z 收到 Proposer A 发来的 [n=2, v=8] 的 Prepare 请求,由于之前已经接收过 [n=4, v=5] 的提议,并且 n > 2,因此就抛弃该提议请求;Acceptor X 收到 Proposer B 发来的 [n=4, v=5] 的 Prepare 请求,因为之前接收到的提议为 [n=2, v=8],并且 2 <= 4,因此就发送 [n=2, v=8] 的 Prepare 响应,设置当前接收到的提议为 [n=4, v=5],并且保证以后不会再接受序号小于 4 的提议。Acceptor Y 类似。

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1.2 Accept 阶段

当一个 Proposer 接收到超过一半 Acceptor 的 Prepare 响应时,就可以发送 Accept 请求。

Proposer A 接收到两个 Prepare 响应之后,就发送 [n=2, v=8] Accept 请求。该 Accept 请求会被所有 Acceptor 丢弃,因为此时所有 Acceptor 都保证不接受序号小于 4 的提议。

Proposer B 过后也收到了两个 Prepare 响应,因此也开始发送 Accept 请求。需要注意的是,Accept 请求的 v 需要取它收到的最大提议编号对应的 v 值,也就是 8。因此它发送 [n=4, v=8] 的 Accept 请求。

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1.3 Learn 阶段

Acceptor 接收到 Accept 请求时,如果序号大于等于该 Acceptor 承诺的最小序号,那么就发送 Learn 提议给所有的 Learner。当 Learner 发现有大多数的 Acceptor 接收了某个提议,那么该提议的提议值就被 Paxos 选择出来。

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2 约束条件

2.1 正确性

指只有一个提议值会生效。

因为 Paxos 协议要求每个生效的提议被多数 Acceptor 接收,并且 Acceptor 不会接受两个不同的提议,因此可以保证正确性。

2.2 可终止性

指最后总会有一个提议生效。

Paxos 协议能够让 Proposer 发送的提议朝着能被大多数 Acceptor 接受的那个提议靠拢,因此能够保证可终止性。