paxos算法
一、概述:
确定一个不可变变量的取值:
基于互斥访问权的Acceptor的实现:
1、Acceptor保存变量var和一个互斥锁
2、Acceptor::prepare()
互斥加锁,给予var的互斥访问权,并返回var当前的取值f
3、Acceptor::release()
解开互斥锁,收回var的互斥访问权
4、Acceptor::accept(var, V):
如果已加锁,并且var没有取值,则设置var为V。并且释放锁;
propose(var, V)的两阶段实现:
1、第一阶段,通过Acceptor::prepare获取互斥访问权和当前var的取值;如果不能,返回 <error>(锁被别人占用)
2、第二阶段,根据当前var的取值f,选择执行:
a、如果f为NULL,则通过Acceptor::accept(var, V)提交数据V,
b、如果f不为空,则通过Acceptor::release()释放访问权,返回<ok, f>
通过Acceptor互斥访问权让Proposer序列运行,可以简单的实现var取值的一致性;
不足之处:
Proposer在释放互斥访问权之前发生故障,会导致系统陷入死锁, Proposer在释放互斥访问权之前发生故障,会导致系统陷入死锁。
引入抢占式访问权:
1、acceptor可以让某个proposer获取到的访问权失效,不在接收它的访问;
2、之后,可以将访问权发放给其他proposer,让其他的proposer访问acceptor
Proposer向acceptor申请访问权时指定编号epoch(越大的epoch越新),获取到访问权之后,才能向acceptor提交取值;
Acceptor采用"喜新厌旧"的方式:
一旦接收到更大的epoch的申请,马上让旧的epoch的访问权失效,不再接收他们提交的取值;然后给新epoch发放访问权,只接收新epoch提交的取值;
新epoch可以抢占旧epoch,让旧epoch的访问权失效。旧epoch的proposer将无法运行,新epoch的
proposer将开始运行。
为了保持一致性,不能epoch的proposer之间采用"后者认同前者"的原则;在肯定旧epoch无法生成确定性取值时,新的epoch会提交自己的value,不会冲突;一旦旧epoch形成确定性取值,新的epoch肯定会获取到取值,并且会认同此取值,不会破坏;
基于抢占式访问权的Acceptor的实现:
Acceptor保存的状态;
当前var的取值<accepted_epoch, accepted_value>
最新发放访问权的epoch(latest_prepared_epoch)
Acceptor::prepare(epoch):
只接收比latest_prepared_epoch更大的epoch,并给予访问权,记录latest_prepared_epoch = epoch; 返回当前var的取值;
Acceptor::accept(var, prepared_epoch, V):
验证latest_prepared_epoch == prepared_epoch,
如果latest_prepared_epoch大于prepared_epoch的话,说明该访问权失效了;
设置var的取值<accepted_epoch, accepted_value> = <prepared_epoch, v>
propose(var, V)的两个阶段:
第一阶段:获取epoch轮次的访问权和当前var的取值:
a、当前选取当前时间戳为epoch,通过Acceptor::prepare(epoch),获取epoch轮次的访问权和当前var的取值;
b、如果不能获取,返回<error>
第二阶段:采用"后者认同前者"的原则执行:
如果var的取值为空,则肯定旧epoch无法生成确定性取值,则通过Acceptor::accept(var, epoch, V),提交数据V,成功后返回<ok, V>
如果accept失败,返回<error> (被新epoch抢占或者acceptor故障)
如果var的取值存在,则此取值肯定为确定性取值,此时认同它不再更改,直接返回<ok, accepted_value>
基于抢占式访问权的核心思想:
让proposer将按照epoch递增的顺序抢占式依次运行,后者认同前者;可以避免proposer集群故障带来的死锁问题,并且扔可以保证var取值的一致性;仍需要引入多acceptor:单机模块Acceptor是故障导致整个系统宕机,无法提交服务;
Paxos在方案2的基础上引入多Acceptor。
Acceptor的实现保持不变,仍采用“喜新厌旧”的原则运行;
Paxos采用“少数服从多数"的思路;
一旦某epoch的取值f被半数以上acceptor接受。则认为此var取值被确定为f,不再更改;
Propose(var, V)第一阶段:选定epoch,获取epoch访问权和相应的var取值;
获取半数以上acceptor的访问权和对应的一组var取值;
Propose(var, V)第二阶段:采用”后者认同前者“的原则执行:
如果获取的var取值为空,则旧epoch无法形成确定性取值,此时努力使<epoch, V>成为确定性取值;
a、向epoch对应的所有acceptor提交取值<epoch, V>
b、如果收到半数以上成功,则返回<ok, V>
c、否则,返回<error>(被新epoch抢占或者acceptor故障)
如果获取的var取值不为空,认同最大accepted_epoch对应的取值f,努力使<epoch, f>成为确定性取值;
如果f出现半数以上,则说明f已经是确定性取值,直接返回<ok, f> 否则,向epoch对应的所有acceptor提交取值<epoch, f>