• Leader选举

    Ceph中的leader选举是一个Paxos Lease过程,与BasicPaxos的目的不同。后者用于解决数据一致性问题,而Paxos Lease是为了选举出一个leader承担monmap的同步任务,并负责在该leader离线之后选出新的leader。Ceph集群中只会有一个monitor作为leader,是当前所有monitor中rank值最小的那个。选举过程会产生leader和quorum成员,即所有支持leader当选的monitor。Quorum是Monitor中的多数派,也就是说它的成员数目必须大于N/2+1,N为Monitor节点数目。

     
     

    Paxos Lease过程可以简述如下:

    Phase1-a:Proproser参与

    • Proproser向各个Acceptor发送Prepare消息;
    • 设置定时器Tp,在r时间后超时,超时后需要重发Prepare消息。

    Phase1-b:Proposer和Acceptor参与

    • Acceptor收到Prepare消息后,需要检查Prepare消息携带的版本号V,如果版本号比自身已接受的要大,则接受此消息,并向Proposer回复Promise消息,承诺不会接受版本号小于V的Prepare消息;
    • Proposer收到Promise消息后,统计批准版本V的Acceptor数量,如果超过半数,则认为此版本为当前最新的(可以提交)。

    Phase2-a:Proposer参与

    • Proposer重设定时器Tp,向各个Acceptor发送AcceptRequest消息;

    Phase2-b:Proposer、Acceptor和Learner参与

    • Acceptor收到AcceptRequest消息,向Proposer发送Accepted消息;
    • Proposer接受Accepted消息,如果发送者数量超过半数,则认为已经成为Leader。随后向Learner要求版本同步;
    • Learner收到版本消息后,重启Tp,准备在定时器触发后重新开始选举过程。

     
     

    Ceph中的Leader选举可以分为三个步骤:

    • Proposer提出提案,发送propose消息给所有的monitor节点;
    • monitor节点收到消息后,接受或拒绝propose;
    • Proposer接收ack消息,根据数量统计出支持者数量,如果超过半数则向其他节点发送victory消息,赢得选举。

    epoch值在leader选举中有非常重要的作用:正常情况下各monitor之间的epoch值相等,当monitor离线后,epoch值保存在数据库中。当它重新上线后,自己的epoch值要比其他monitor小。这样acceptor可以根据对方发过来的epoch值判断PN是不是最新的。还有就是如果epoch值为奇数,说明该monitor处于选举状态。选举完成后,epoch变为偶数并同步到所有quorum成员。

    Leader选举主要流程请参见下图:

  • Recovery阶段

    当发出OP_COLLECT消息之后,Cpeh集群就进入了Recovery阶段,该阶段的目的是保证所有Monitor之间的monmap版本一致,具体包括最后一个批准(Committed)的提案,最后一个没批准的提案,最后一个接受(Acceppted)的提案。对旧Quorum的所有成员来说,最后一个通过的提案应该都是相同的,但对不属于旧Quorum的成员来说,它的最后一个通过的提案是落后的。

    下图从Paxos::collect()开始描述了本阶段各网元的主要活动:

  • Lease阶段

    Lease阶段在Leader发出begin消息后开始。经典Paxos算法分为Prepare和Accept两个阶段。在Prepare阶段,Proposer向所有Acceptor发送Prepare消息,内容为<SNp,Vp>;Acceptor接到此消息后,检查自身回复过的prepare请求的最大值SNa:

    • 如果SNa>SNp,则忽略此请求;
    • 否则(此时SNp>SNa)检查上次批准过的accept请求<SNx,Vx>,并回复之;
    • 如果此前并未接受过请求,则直接回复OK。

      Proposer收到若干Acceptor的回复后,可分为以下几种情况处理:

    • 回复Acceptor超过半数,且所有回答都是OK,说明本次欲提交的值之前不存在,可以直接通过accept消息提交;
    • 回复Acceptor超过半数,但是携带了此前接受过的V,例如<SN2,V2>,<SN3,V3>。此时Proposer应选择其中编号最大的那个,并将accept消息的内容修改为<SNp,V3>(注意编号不变);
    • 回复Acceptor不超过半数,那递增SNp继续发送prepare消息,若干轮之后Proposer总能提交最新的提案。

    随后Proposer将开始发送Accept消息。Acceptor接受后分为两种情况处理:

    • 检查回复过的prepare请求的最大编号,如果SNa>SNp,则忽略此消息;
    • 否则向Proposer和Learner发送Accepted消息。对于Learner,由于Acceptor之间彼此不知道该轮通过的决议是什么,所以倾向于由Proposer向各个Learner发送<SNp, Vp>完成学习过程。

    对于Ceph而言,总体行为与Paxos算法一致。但是略有差异:Prepare阶段的活动已经在Recovery阶段完成。Peon将自己已接受的最大提案号同步给Leader,这与Paxos中的Promise消息携带着Acceptor已接受的最大提案号是一致的。随后Leader和Peon已接受的最大提案号已经相同,则Leader可以保证自己的提案是未被批准过的,且只有自己才有资格预提交,避免了活锁问题。接下来,Ceph的Lease阶段活动就是Paxos过程中Accept阶段的直接映射。

     
     

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