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Posted 2021-12-11 白速龙王的回眸

一种可理解的共识算法的研究

摘要
Raft是一种用来管理副本日志的共识算法。它产生的结果等价于多方的Paxos，同时它和Paxos一样有效，但它的结构和Paxos不同；这使得Raft比Paxos更容易被理解，同时它也提供了建立实用系统的更好的基础。为了提高可解释性，Raft将共识的核心元素分开，例如节点选举、日志副本和安全性，同时它加强了更强的一致性来减少必须考虑的状态数量。有结果表明，学生学raft起来比paxos更简单。raft同时包含了一种改变集群成员的新的策略，它使用了重合的大多数来保证安全。

介绍
共识算法让一系列机器同时作为一个一致的整体，它们可以在某些成员failure的情况下存活。由于在这个原因，它在构建大型可信软件系统中扮演着重要的角色。paxos曾经在这个共识算法的讨论中主导了超过最近的十年：绝大多数共识的部署都是基于paxos或者受他的印象，同时paxos成为了教学生共识算法的主要工具。

不幸的是，paxos是比较难以理解的，即使有很多尝试使它变得更容易理解。进一步地说，它的架构需要复杂的变化来支持实际系统。因此，系统的构建者和学生都觉得paxos很头疼。

我们也备受paxos的煎熬，因此我们想找出一个新的共识算法，它可以提供更好的基础给系统构建和教学。我们的方法是不同寻常的因为我们主要的目标是可理解：我们能布恩那个为可行的系统定义一个共识算法，然后将它描述成一个比paxos更简单的形式？进一步，我们希望该算法可以对直觉的发展有所帮助，这也是系统构建者必须的。重要的不仅仅是算法可以运行，而是它很显然为什么这样运行。

本文的结果就是一个叫raft的共识算法。在设计raft的过程中，我们使用了具体的技术去提高可理解性，包括分解（raft分成leader选举、日志副本和安全）和状态空间压缩（相较paxos，raft减少了不确定的程度和服务器相互间不一致的程度）。学生觉得学raft更轻松。

raft与现存的很多共识算法都很相似，但它有几个新颖的特征：
1.更强的leader：raft使用比其他共识算法更强的领导选举模式。例如，日志的入口只从leader流出到其他服务器。这使得日志副本的管理更简便，使得raft更容易理解。
2.leader选举：raft使用随机时间进行leader选举。这个只增加了一点点心跳机制（已经在很多其他共识算法中需要），这样可以更简便和快速地解决矛盾。
3.成员变换：raft在改变集群中地服务器中使用了一种新的共同共识算法，这里两个不同配置的大多数成员将会重合（在变换前后）。这使得集群可以继续正常地运行（在配置改变期间）

我们坚信raft比paxos高级，比其他共识算法更高级hhh，在教育角度和部署基础上。它很简单，很容易理解。它描述地足够清楚去满足一个可行系统地需求。它有几个开源地部署且被几家公司使用。它地安全特性被具体地证明。它地效率具有竞争力blablabla

本文地其他结构如下，第二章复制状态机器问题，第三章paxos优劣，第四章我们的可理解的方法，第五章到第八章描述raft算法，第九章评估raft，第十章相关工作。