Paxos算法之Basic Paxos

Posted 2021-04-17 程序技术分享

        在分布式一致性算法中，paxos算法可以说是地位很高，目前最常用的raft算法，ZAB协议都是由它演进的，兰伯特当时提出的paxos算法，是包含两部分的，

        1 Basic paxos 描述的是多节点之间如何就某个值达成共识

        2 Mulit-Paxos描述的是多个Basic paxos实例，对一系列值达成的共识

        思考一个问题：

        如果对于一个分布式集群，集群中有A,B,C三个节点，作为kv存储系统，如果集群存储，要设置一个只读变量T（只读变量要先复制，赋值后无法修改变更），如果客户端1设置值为3，客户端2设置值为7，由于只能设置一次，如何保证在三个节点上的值是一样的呢？

        Basic Paxos 就是解决这种问题的算法。

Basic Paxos的三种身份

        提议者，提议的发起者，提议一个值，用于投票的发起和表决。一般提议者是某个接到客户端请求的集群实例，

        接受者，对接受到的提议的值，进行投票，并存储。一般集群中所有的节点都作为接受者

        学习者，被告知投票后的结果，不参与投票，只是负责保存投票结果，作为容灾备份

          关系如下图所示，两个提议者都想提议设置自己想要设置自己想要的值，然后 把这两个值让集群节点去投票，最后选出来后，交给学习者去保存备份。

            这个图你可能会有疑问，刚刚说，提议者是集群某个节点，接收者是集群，看上面的图，感觉提议者不是集群的三个节点之一，是另外的身份，上面的图是为了分析三者之间的关系，真正的逻辑是下面的，

        客户端发起一个请求后，集群某个节点会收到请求，此时收到请求的节点就作为提议者，下图中的A和C 对应上图中的提议者，然后 提议者又作为接受者，把决议在集群内部协调传输，如上图流程，让集群各个节点参与决议，最后把决议结果告诉学习者。

        现在你已经明白是怎么样的流程去决议了，下面在来研究一下，决议的详细流程是怎么样？

如何达成共识的？

        说到提议，一定少不了，提议编号，用来标识不同的提议，就好比送标书，不可能你只送上一份写的很好价格的标书，不标识这个标书是出自你们公司。其实这个算法达成共识的逻辑和标书差不多，大家先把标书送上（就是客户端想要设置的值），然后价高者得，因此Basic Paxos也是分为两个阶段

       

 1 准备阶段

        假设客户端1的请求，提案编号为1，客户端2的请求，提案编号为5，并且集群中A,B 两节点先收到编号为1的提案，C先收到提案编号为5的提案，如图所示，（下面为了方便了解提议者和接收者之间的流程，会把客户端作为提议者，自己心里明白就行）

当节点A和节点B收到提议后（第一阶段只是提议编号，并无提议内容），发现自身以前没有收到过提案，就会通过这个提议，并返回无提议，承诺以后不再接受小于等于1编号的提议。当时间轴向右，会发现节点A和节点B收到了客户端2的请求后，发现提议编号为5，大于1，会通过编号为5的提议，承诺不再接受任何小于等于5提议编号的提议。节点C收到客户端2的请求后，由于自身以前没收到过提议，会通过编号为5的提议，承诺不再接受任何小于等于5提议编号的提议，当C在收到客户端1的请求后,会发现提议标号小于5，舍弃。最终如图所示

2 提议阶段

        提议者1在收到A ,B接收者最开始返回的无提议，承诺以后不再接受小于等于1编号的提议的信息后，判断已经有两个接受者投票通过了大于半数，会把具体的提议内容 3 发送给接受者。提议者2在收到A ,B，C接收者返回的通过后，判断大于半数，会把具体的内容 7 发送给接受者。

当集群中三个节点收到提议者发送的具体提议后，会这样处理。

        由于提议1的提议编号为1，小于集群中三个几点，约定能通过的提议编号不能小于5，所以提案1会被拒绝

        由于提议2的提议编号为5，等于预定能通过的最小编号，所以提议会被通过，就接收了值为7，三个接受者就T的值为7达成了一致的共识。

        总结一下：就好比政府 要和某个企业合作一个大项目，各个公司都有自己的方案，首先他们把自己公司的资质，收益先汇报一下（协议编号给接收者），评审团在审核的时候会选择一个最好的（不允许小于该值的协议编号），在审核的过程可能觉得A公司还不错，有两票的结果，就通知A公司做准备，后面有发现了B更好，最终决定了B，B也接到通知，A,B公司都给了自己的方案，由于已经内定好了，公司资质不能低于B,所以A的方案就被拒绝了。