无主复制系统-读写quorum

Posted 2022-08-07 JavaEdge.

图-10中，三副本中若有两个以上完成处理，写即可认为成功。若三副本中只有一个完成写入，会怎样？到底几个副本完成才能认为写成功？

成功的写操作要求三副本中至少两个完成，即至多有一个副本可能包含旧值。因此，在读取时需至少向两个副本发起读请求，通过版本号可确定一定至少有一个包含新值。若第三个副本停机或响应慢，则读取仍可继续并返回最新值。

若有n副本，写入须w个节点确认，至少为每个读取查询r个节点。只要 w + r > n，我们期望在读取时获得最新值，因为r个读取中至少有一个节点最新。遵循这些r值，w值的读写称为法定人数（quorum）读和写。也可认为r和w是判定读、写是否有效的最低票数。

Dynamo风格的数据库中，参数n，w和r一般可配置。常见选择是n为奇数（3或5）并设置 $w=r=（n+1）/2$（向上取整）。但是可以根据需要更改数字。例如，设置$w=n$和$r=1$的写入很少且读取次数较多的工作负载可能会受益。这使得读取速度更快，但具有只有一个失败节点导致所有数据库写入失败的缺点。

集群中可能存在多于n的节点。（集群的机器数可能多于副本数目），但任何给定的值只能存储在n个节点上。这允许对数据集进行分区，从而可以支持比单个节点的存储能力更大的数据集。

仲裁条件$w+r>n$定义了系统可容忍的失效节点个数：

• 如果$w<n$，如果节点不可用，我们仍然可以处理写入。
• 如果$r<n$，如果节点不可用，我们仍然可以处理读取。
• 对于$n=3，w=2，r=2$，我们可以容忍一个不可用的节点。
• 对于$n=5，w=3，r=3$，我们可以容忍两个不可用的节点。 这个案例如图5-11所示。
• 通常，读取和写入操作始终并行发送到所有n个副本。 参数w和r决定我们等待多少个节点，即在我们认为读或写成功之前，有多少个节点需要报告成功。

若少于所需的w或r节点可用，则写入或读取将返回错误。 节点不可用原因：因执行操作的错误（由于磁盘已满而无法写），因为节点关闭（崩溃，关闭电源)，由于客户端和服务器节点之间的网络中断等。 只关心节点是否返回了成功响应，无需区分出错的具体原因。