Raft协议备注

Posted 2022-02-10 windliu

Raft协议

Raft协议基于日志实现了一致性

实现备份的是机制：复制状态机Replicated State Machine,如果两个相同的、确定性的状态机从同一状态开始，以相同顺序输入相同的日志，则两个状态机最终也会保持一致

Raft了实现Consensus Module

Consensus Module作为一致性模块对外服务，负责接收客户端的消息，响应请求，并追加到本地日志，一致性模块保证每个机器上的log的一致性
请求到来时，带上(term,commitindex)和append log 去要求Follower追加消息，Follower会先判断(term,index)是否和当前最大的消息相同，如果相同就会追加，否则会拒绝
一致性模块负责复制消息到其他服务器节点，本地日志commit成功后立即应用到状态机

CNew用于服务器增加或者减少节点的情况

Leader：处理与客户端交互，处理消息
Follower：选民，转发请求到leader
Candidate:候选人，可以参选成为leader，不是所有Follower都能成为Candidate，只有数据较完整的才可以。如果Candidate发现自己的term落后了就会退回到Follower

RequestVote:选举期间的RPC消息
AppendEntries:leader选出后向Follow复制日志的RPC消息，心跳也是AppendEntries，不过日志内容为空

raft协议原理

• Election Safty:每个任期只有一个leader
• Leader Append-Only:leader仅新增日志，不能重写或删除日志条目
• Log Match:如果两个日志的term和index相同，则两个状态机的完全相同
• Leader Completeness:如果一条日志被Commit过，那么大于该日期条目的term的所有节点，都应该有该条目
• State Machine Safty:如果某个server将日志交由状态机处理了，那么所有server交由状态机执行的日志条目数量完全相同

Election Safty

• 竞选leader时，Candidate获取过半的票数，就能成为leader
  如果出现大家都投票给自己或两台机器各获得一般的票数，则随机Sleep重新选举
• 先到先得
• Follower遵循规则：选举term比自己大 -> index 比自己大，否则不会选举该Candidate
• 随机超时，更快选出leader
• 如果给candidate投票了，需要持久化记录投给谁了；否则如果follower重启，可能导致前后投票不相同

Log Match

leader向follower复制日志时，会带上当前最新的（该日志前）term和index，follower接收到请求后，会先比对自身最新的日志的term和index，匹配时才会追加，否则拒绝，这时leader会往前找term 和index，尝试和follower匹配成功，然后从该位置开始复制日志到follower

Leader completeness

不能提交之前任务内的日志作为Commit 点

选主

如果一个Follower在一定时间没有收到Leader的心跳，则开始重新选主
Follower把自己的状态变更为Candidate,并递增本地term，并持久化，向其他机器拉票，并给自己投票，开始等待，直到

• candidate赢得选主，获得多数派的选票
• 其他机器成为leader，心跳发现term大于等于本机term，自动变为Follower
• 超时未能选主成功
• 确保包含所有commit日志的主机才能成为candidate
  选举时candidate至少要和多数派主机通信，当发现candidate比本机的term，logindex还小时，follower就会拒绝投票

如何判断commit与否

leader发现log已经被多数派的主机写盘了，就认为commited

CNew，集群拓扑变化

将Cnew发送出去，如果Follower发现自己已经不在拓扑结构中，则退出

• 生成logEntry Cold U Cnew
• 推送给Follower
• 过半则Commit
• 生成CNew Log Entry，推送到所有Follower
• Follower更新Cnew配置，了解自己在集群中的位置，如果新配置中已无当前节点，则自动退出
• Leader收到多数派确认后，回复客户端执行命令成功

No op Entry

leader在选举刚结束后，可能有一些Entry是已经提交的，有一些是还未提交的，因此需要提交一个No op Entry来确保和Follower达到一致了，同时，也为了防止客户端来了新请求后不能及时到达

疑问

到底是如果commit的，Raft是如果保证状态机一致性的
情况1：
client - > leader -> Log AppendEntries - > 多数派确认 ->已经commited -> 返回client:成功
由于已经到多数机器上，即使重新选主，也一定会带有最新的log
但是这种情况呢
情况2：
client - > leader -> Log AppendEntries - > 未获取多数派确认 ->不算作Commited -> 返回client:失败重试
返回给client失败了，此时若leader断开网络，可能出现部分确认的实例被选中为leader？岂不是实际成功了

Raft维护的以下属性是否可以解释此问题：

1. 如果在不同的日志文件内有2个条目有相同的index和term， 它们保存着相同的命令；
2. 如果在不同的日志文件内有2个条目有相同的index和term，那么之前的所有条目都是相同的；
3. 只有被多数派follower确认了才会认为Commit了

依据上述特性，出现情况2时，不满足特性3，client会收到执行失败的响应，此时应该做的是不断重试，直到成功，也就是说raft协议允许情况3，也要求client如果想要强一致性，就得不断的重试
raft保证了已提交日志的一致性

follower发现自己的term和logindex 比leader还大怎么办？
截断或leader退化成follower?
leader何时告诉follower log已提交了？
Raft约束日志是连续commit的，leader维护最大已经commit的日志id，并将这个信息附加到AppendEntries告知follower，follower了解到之后即可将本机已有的且已经commit的日志应用到本地的状态机。

参考文章
https://blog.csdn.net/weixin_39843367/article/details/82498536
https://blog.csdn.net/baijiwei/article/details/78760308