分布式---Paxos算法

5.Paxos

Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值（决议）达成一致。一个典型的场景就是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。

主要有三类节点：

提议者（Proposer）:提议一个值；
接受者（Acceptor）:对每个提议进行投票；
告知者（Learner）：被告知投票的结果，不参与投票。

执行过程

规定一个提议包含两个字段：[n,v]，其中n为序号（具有唯一性），v为提议值。

1.Prepare阶段

下图演示了两个proposer和三个acceptor的系中运行该算法的初始过程，每个proposer都会向所有的acceptor发送prepare请求。

当acceptor接受到一个prepare请求，包含的提议为[n1,v1]，并且之前还未接受过prepare请求，那么发送一个prepare响应，设置当前接受到的提议为[n1,v1]，并且保证以后不会接受序号小于n1的提议。

如下图，Acceptor X 在收到 [n=2, v=8] 的 Prepare 请求时，由于之前没有接收过提议，因此就发送一个 [no previous] 的 Prepare 响应，设置当前接收到的提议为 [n=2, v=8]，并且保证以后不会再接受序号小于 2 的提议。其它的 Acceptor 类似。

如果acceptor接收到一个prepare请求，包含的提议为[n2,v2],并且之前已经接收到提议[n1,v1]。如果n1>n2，那么就该丢弃该提议请求；否则，发送prepare响应，该prepare响应包含之前已经接收过的提议[n1,v1]，设置当前接收到的提议为[n2,v2]，并且保证以后不会再接收序号小于n2的提议。

如下图，Acceptor Z 收到 Proposer A 发来的 [n=2, v=8] 的 Prepare 请求，由于之前已经接收过 [n=4, v=5] 的提议，并且 n > 2，因此就抛弃该提议请求；Acceptor X 收到 Proposer B 发来的 [n=4, v=5] 的 Prepare 请求，因为之前接收到的提议为 [n=2, v=8]，并且 2 <= 4，因此就发送 [n=2, v=8] 的 Prepare 响应，设置当前接收到的提议为 [n=4, v=5]，并且保证以后不会再接受序号小于 4 的提议。Acceptor Y 类似。

2.Accept阶段

当一个Proposer接收超过一半acceptor的prepare响应时，就可以发送accept请求。

proposerA接收到两个prepare响应之后，就发送[n=2,v=8]accept请求。该accept请求会被所有acceptor丢弃，因为此时所有acceptor都保证不接受序号小于4的提议。

Proposer B 过后也收到了两个 Prepare 响应，因此也开始发送 Accept 请求。需要注意的是，Accept 请求的 v 需要取它收到的最大提议编号对应的 v 值，也就是 8。因此它发送 [n=4, v=8] 的 Accept 请求。

3.Learn阶段

Acceptor接收到Accept请求时，如果序号大于等于该Acceptor承诺的最小序号，那么就发送Learn提议给所有的Learner。当learner发现有大多数acceptor接收了某个提议，那么该提议的提议值就被paxos选择出来。

约束条件

1.正确性

指只有一个提议值会生效。

因为Paxos协议要求每个生效的提议都会被Acceptor接收，并且Acceptor不会接收两个不同的提议，因此可以保证正确性。

2.可终止性

指最后总会有一个提议生效。

Paxos协议能够让Proposer发送的提议朝着能被大多数Acceptor接受的那个提议靠拢，因此能保证可终止性。