利用paxos算法实现主从选举方案

Posted 2021-03-21 跬步匠心

设计场景

在分布式系统中，最常见的场景就是主备架构，一个主节点和多个普通节点。主节点负责对其他节点的协调和管理。当主节点宕机时，需要在普通节点中重新选举一个成为新的主节点。本文主要基于paxos算法来一步步讲解重新选举方案的实现。

自荐与无条件服从

发生主节点宕机时，存活着的普通节点都会“自荐”参与主节点的选举，并且将这一"提议"广播通知所有存活节点。节点每收到一个候选的"提议"后，都会无条件的同意该提议。

很明显，这样最终结果会导致各个节点中的master节点会各不相同。原因在于后到的“提议”会覆盖掉前面的“提议”，而对于每个节点最后接收的“提议”可能各不相同。

带有版本号的提议

为了解决各个节点最后接收的“选举提议”不同导致对主节点的选举无法达成一致，我们引进一个选举版本号，节点“自荐”前，会先在版本生成器中获取一个单调递增的版本号，在广播”提议“时带上版本号。节点收到"提议"后，会比较提议中的版本号a与节点此前收到的最大版本号b相比，如果a>b,则接受该”提议“，否则保持原本的master选择。

由于v5比其他版本号都大，所以最终结果是全部节点都统一server5成为master。

选举结果虽然统一了，但选举过程中经历了几次选举结果的覆盖，比如server1首先收到v2，将master设置为server2，后面再收到v5，将master覆盖为server5。

有些主从架构中，切换了master后，新master需要对自身进行初始化操作，同时，普通节点确定master后，需要向master请求同步一些元信息。当server收到一个更大版本的master时，都会重新进行信息同步，当server发现自己版本是当前最大时，也会进行一次master初始化。所以，这个方案还需要进一步完善。

提议前询问

上个方案的问题主要是由于高版本的master提议与已被采纳的低版本master提议不一样导致的。所以，我们可以在获取版本号后，先向其他各个存活节点发送请求。请求的目的有三个：

• 获取各个节点当前接受的master提议。

• 检查这次发送的版本号Vsend各个节点能不能接受（如果Vsend比节点此前收到的最大版本号Vrecvd小，则Vsend不会被节点接受）。

• 如果发送的版本号比节点接收过的版本号都大，会更新Vrecvd = Vsend。

各节点的响应汇总后按以下处理：

• 如果没有超过集群节点总数一半(全部节点，不止当前存活节点)的节点接受发送的版本号，直接中断此次master提议。

• 如果超过半数同意了Vsend:

• 节点中有已经接受的master提议（这种情况下，如果有多个节点都有接受的master提议，接受的提议都是一样的，可以思考下为什么），将该提议当成此次版本的master提议。

• 各节点此前都没有任何master提议，将采取“自荐”的方式，把当前server当成此次版本的master提议。

确定了这次版本的master提议后，再向各个节点广播提议内容。节点收到提议后，会再次比较Vrecvd与提议中的版本号，如果提议中的版本号比较大，接受此次提议，否则保持原本的master选择。

我们通过下面时序图来看看当两个节点同时进行提议时，会如何处理。假设server的版本号为v1，server2的版本号为v2，v1 < v2。

v1的提议，虽然在"询问"是否接受v1版本时，4个节点都给予了肯定，但最终只有被server1接受了，因为其他节点在收到v1的提议时，当前的版本Vrecvd均为v2，所以都拒绝了v1的提议。

v2的提议，当”询问"server1的时候，此时server1上已经有master提议了，所以v2的提议内容与v1的提议相同，都是server1。保证了高版本的提议与已被采纳的低版本master提议一致。