Paxos算法

Posted 2020-12-01 mike_chang

Paxos作用：取值一致性

---

Paxos应用：分布式多副本的更新操作序列[opration1，opration2，opration3]需要相同，用Paxos确定操作序列。Google的Chubby、Megastore和Spanner都采用了Paxos来对数据副本的更新序列达成一致。

---

Paxos组成：系统内由多个Acceptor组成，负责存储和管理变量var；外部有多个Proposer任意并发调用API，向系统提交不同的var值；learner记录最终确定的值。

---

Paxos容错性：可以容忍任意Proposer故障；可以容忍半数以下的Acceptor故障。

---

Paxos一致性：如果var的值没有确定，则为null；一旦确定，则不可更改，后者认同前者。

---

Paxos算法详解：

实现一（锁方式）

实现：
Proposer向Accpetor申请互斥访问权，一旦Acceptor接收了某个Proposer的值，则var确定，其它proposer不可更改此值。
如果一个proposer获取到了Acceptor的访问权，且Acceptor的值不为null，此proposer不可修改此值并应用此值。
缺点：
一个Proposer首先获取到一个Acceptor的互斥锁，接着在这个proposer释放此锁之前自己挂掉了，因为它的锁还没有释放，所以其它的Proposer都永远不能获取到锁，出现了死锁问题。

---

实现二（并发抢占式）

为了避免方式一的死锁问题，Paxos采用并发的抢占式的，发送议案编号的方式避免死锁。每个议案编号全局唯一，递增。

阶段一：
Proposer调用Acceptor::prepared(议案编号);
Proposer向Acceptor发送议案编号以申请访问权限；Acceptor采用喜新厌旧的方式处理这一阶段的请求，当新编号大于旧编号时，把新编号赋值给maxN，并返回var的值，此时旧访问权失效，不再接受旧提交，只接受新提交；当新编号不大于旧编号时，Acceptor忽略此次请求，此次请求失效。
阶段二：
Proposer调用Acceptor::accept(议案编号，议案内容);
Proposer向Acceptor发送提案请求批准；Acceptor接受到提案后，首先验证，当Proposer的编号 == maxN，设置值；当Proposer的编号 < maxN，当前请求失效，当Proposer的编号不可能大于maxN。

议案编号的作用：获取访问权限、避免死锁

---

活锁：延时，Leader（唯一的proposer）

获取提案
方案一：半数以上的Acceptor向每个Learner发送结果，m*n
方案二：半数以上的Acceptor向一个作为Leader的Learner发送结果，该Learner再同步到其它的Learners，m+1，单点故障
方案三：半数以上的Acceptor向一个Learner集合发送结果，learner集合的容量越大，可靠性越好，网络通信复杂度更高

---

NWR，操作序列不一致

事务a，set0
事务b, set5
结果：db1 --> set5, set0 --> 0
db2 --> set5, set0 --> 0
db3 --> set0, set5 --> 5

---

https://raft.github.io/