6.824-lab2-Raft简述

Raft各阶段的描述

node有三个state：follwer candidate leader
所有节点一开始是follower state，如果followers没有收到leader的消息，那么他们可以成为candidate。
然后candidate请求其他节点投票（request vote），nodes将以投票方式回应，如果candidate获得了大多数
node的投票它将会成为leader。这个过程就是Leader Election。
现在，对系统的所有更改都要经过leader，每个更改都作为entry添加到节点的日志中。
log entry如果还未提交，就不会更新节点的值。要提交entry，节点首先将其复制到follower。
然后，leader等待大多数节点都写入了entry，写入之后会回应leader。该entry现在已在leader上提交（SET 5 从红色变成了黑色），当前节点状态为“5”。然后，leader通知follower这个entry已经提交。集群现在已经就系统
状态达成共识。此过程称为Log Replication。

Leader Election

在Raft中有两个控制选举的超时设置。首先是election timeout，选举超时是指follower等待成为candidate的时间。选举超时被随机设置为150毫秒到300毫秒之间。
在election timeout后，follower成为candidate（因为election timeout是随机的，所以有的follower会率先成为candidate），开始新的选举任期（term）。
成为candidate后会为自己投票（给自己投票了相当于投了一次票，就不会再给其他节点投票，意味着先转变为candidate就有了一票），并向其他节点发送请求投票消息。如果节点在本term还没有投票，那么它会投票给第一位向他要票的candidate。然后这个节点会重置其选举超时。一旦有一位candidate获得多数票，就成为leader。leader开始向其follower发送append entries messages。这些消息按照心跳超时（heartbeat timeout）指定的时间间隔发送。随后，follower会响应每个append entries message。这个选举任期将持续到follower停止接收心跳并成为候选人为止。

Re-election

当leader死了之后，超过了心跳超时，follower还没接收到心跳消息，follower在进行一个选举超时后成为
candidate向其他节点请求投票，成为新的leader。
要求多数票才能保证每届任期只能选举一位领导人。
如果两个节点同时成为候选节点，则可能会发生分裂投票。例如：四个node，有俩node同时先转换为
candidate，然后其他俩node给这俩candidate一人一票。这样每个candidate都是2票，此时平票。所有
节点将等待新的选举然后重试，进入新term选举leader。

Log Replication

一旦我们选出了leader，我们需要将系统的所有更改复制到所有节点，这是通过Append Entries来实现的（RPC）。当客户端send更改给leader，leader在下一次心跳时将更改发送给follower。一旦大多数follower接收到这个消息并回应leader，就commit这个entry，并向客户端发送相应。
细节：leader发送nextIndex与worker的日志下标进行匹配，如果匹配上了，worker会接收nextIndex之后的所有日志，返回成功给leader后，leader的nextIndex+=nextIndex+len(logs)，matchIndex=nextIndex-1。leader会根据matchIndex数组里中位数更新commitIndex，当commitIndex>lastApplied，就会将日志存到channel中。同理worker会接收leader的leaderCommit（就是leader的commitIndex），worker更新commitIndex后也会把日志存到channel中。

Raft在网络分区时仍然work

让我们添加一个分区，将A和B（leader，term=1）与C（leader，term=3）、D和E分开。由于我们的分裂，我们现在有两位不同的leader。让我们添加另一个客户端并尝试更新这两个leader。一个客户端将尝试将节点B的值设置为“3”。节点B无法复制给大多数节点，因此其日志条目保持未提交状态。另一个客户端将尝试将节点C的值设置为“8”。这将成功，因为它可以复制给大多数。现在，让我们修复网络分区。节点B将看到更高的trem并下台。A和B都将回滚其未提交的条目，并与新leader的日志相匹配。

参考资料：

6.824课程表：https://pdos.csail.mit.edu/6.824/schedule.html
raft论文：https://github.com/OneSizeFitsQuorum/raft-thesis-zh_cn/blob/master/raft-thesis-zh_cn.md
raft可视化：http://thesecretlivesofdata.com/raft/
raft官网：https://raft.github.io/