前言

学习paxos协议,最困惑我的两点是:

1. 朴素paxos是怎么样的?这部分主要是原理;

2. paxos协议是怎么运用到分布式系统解决问题的。因为很多博客的开篇说paxos协议可以运用在很多地方,如:分布式中的一致性、NoSQL中的数据更新。然而博客中又是以论文中的三个小岛的场景去解释,作为初学者,我没有把该协议解决的问题和算法的步骤联系起来。

1.朴素paxos的提出

paxos解决的是:如何确定一个不可变变量取值问题。比如,我们三个人同时拿笔写东西,我们要用一个协议去约定我们写的东西,使得我们三个写的东西是一样的,而且我们所写的东西不可更改。这时候最大的困惑是:这个和Nosql数据更新怎么联系起来,先不要想它的运用场景,就这个不可变变量的取值问题去理解朴素的paxos算法,之后再去看运用。

(1)如何实现这个系统?

需求:需要一个存储系统,存储一个变量var,这个变量var的取值要么是v,要么是null。一旦这个变量var的取值被确定为v,那么不可改变。

三种角色定义:

Proposer——提出一个proposal(该proposal目前就是就是:把一个值写进系统中)

Acceptor——同意这个proposal

Learner—— 每当一个proposal被Acceptor确定之后,需要Learner知道

方案1:如果Accepter只有一个,我们可以把所有的proposal都发到这个acceptor,它选取收到的第一个proposal并同意proposal即可保证一致性。

问题:Acceptor发生单点故障这个系统就挂了。

方案2: 引入多Acceptor。

P1: 批准者必须批准它收到的第一个议案。但是这样并不能保证所有acceptor接受的是同一个值的proposal。

将proposal编号(这时候proposal有两个信息一个是编号n,一个是数值v),这个proposal有三个状态:被提出(issued)、被接受(accepted)、被最终选定(choosen)。

  P2:  如果编号n的proposal已经被最终选定,那么高于编号n、被最终选定(choosen)的proposal包含数值v。

P2a.如果编号n的proposal已经被选择,那么高于编号n、被acceptor接受的proposal包含数值v;

P2b 如果编号n的proposal已经被选择,那么高于编号n、被proposer提出的proposal包含数值v;

P2对于每一个<n,v>,如果任何一个proposal<n,v>被提出,必须有超过半数的acceptor构成一个集合S,才能够被最终选定,

这个集合S要么满足以下条件(a),要么满足条件(b).

(a)没有小于编号n的proposal被S中的acceptor接受;

(b)v是S接受过的比n小的提案中号码最大的提案的值;

P2c=>P2b=>P2a=>P2,详情可以参考博文:paxos算法1-算法形成理论

所以要实现这个系统,需要实现P2b和p1。

算法执行步骤:

第一阶段:

第二阶段:

用视频中例子来跑这个算法。

a.执行phrase 1(a),发起prepare请求,试图获取访问权,进入phrase1(b),因为目前还acceptor都没有回复过proposor,所以最大编号的当然是 #1,

并且这时候接收到这个prepare请求的acceptor把 #1作为当前最大编号,不会接收小于这个编号的proposal。

b. 这时候收到半数的回复,进入第二阶段,发送一个accept 请求到多数的acceptor,prase2(a)中说的这个V值怎么取?如果prepare阶段中,acceptor回应中包含了value,则取其编号最大的那个,作为v;如果回应中不包含任何value,则proposer随意选择一个。因为这里是不包含任何value,那么就取Accept<#1,v1>,试图让acceptor接受这个值。按照prase b,这个时候收到的是#1的accept请求,所以它就接受这个accept

c. 按照prase2(a),收到acceptor对于prepare的回复之后,会向它们发起accept请求,但是在网络中会存在延时的问题,可能发生的情况是p2试图发起prepare请求。这个时候,执行phrase1(b),这个时候访问权被p2抢占。

d.p2进入prase2,但是这时候恰好p1执行prase2阶段的话,获得#2访问权的acceptor就会把p1发来的accept给refuse掉。这时候p1收到ok,按照prase1(a),它收到了超过半数的回复,那么实际上它已经是确定性取值了。

e.进入p2的prase2阶段之后,如果prepare阶段中,acceptor回应中包含了value,则取其编号最大的那个,作为v;如果回应中不包含任何value,则proposer随意选择一个。这里p2就是选取编号最大的一个#1,然后accept中带#1对应的value   v1 .

这里p1形成了 确定性取值,v2也形成了确定性取值。如果只有p2形成确定性取值,取值还是v1.

(2)活锁问题

在上面的例子中,如果总是在prase2完成之前,下一个prase1发生,这就是活锁。

(3)唯一编号问题

reference

paxos算法1-算法形成理论

paxos算法和分布式存储系统

Paxos算法2-算法过程

Paxos算法3-实现探讨

paxos-simple[1]

[1]论文中经常提到拜占庭错误,如果没兴趣了解可以先忽略,不影响paxos的理解

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