理解分布式一致性:Paxos協議之Cheap Paxos & Fast Paxos

• Cheap Paxos
• • Message flow: Cheap Multi-Paxos
• Fast Paxos
• • Message flow: Fast Paxos, non-conflicting
  • Message flow: Fast Paxos, conflicting proposals
  • Message flow: Fast Paxos with uncoordinated recovery, collapsed roles

在前面一篇文章我們講到了理解分布式一致性:Paxos協議之Multi-Paxos，本篇文章我會講解Paxos協議的另外兩個變種：Cheap Paxos和Fast Paxos。

Cheap Paxos

Cheap Paxos 是Basic Paxos 的繼承版本。其實所有的Paxos變種都來自與Basic Paxos，都是基于它來進行改進的。那么Cheap Paxos有什么特點呢？
在Basic Paxos中，我們知道，共識如果想要正常進行的話，出錯的節點數目必須小于n/2, 也就是說必須要有大于n/2的節點正常運行才能共識成功。節點運行就不可避免的會占用資源，有沒有什么辦法可以即節省資源又可以保證節點正常共識呢？
辦法就是Cheap Paxos：我們在Cheap Paxos里面引入了輔助節點的概念，輔助節點只有在必須需要它來達成共識的情況下才會啟動。舉個例子，如果我們總共有N+1個節點，那么我們只能夠忍受N/2個節點出錯，否則系統不能達成共識。但是當我們再引入N個輔助節點，即使有N個節點出錯，只要額外的N個輔助節點啟動并正常工作，就能達成共識并保證系統的正常運行，輔助節點在正常節點恢復工作后會自動停止，這樣只是在必要的時候才啟動輔助資源，就大大的解約了分布式系統的成本，所以叫它Cheap Paxos.

Message flow: Cheap Multi-Paxos

下圖是3個正常節點+1個輔助節點的流程，如果系統規定的共識節點個數是3個，那么當一個正常節點掛掉之后，輔助節點會起來幫助完成共識工作。

ProposerAcceptor1Acceptor2Acceptor3Aux-- Phase 2 --Accept!(1,I,V)Accept!(1,I,V)Accept!(1,I,V)Accepted(1,I,V)Accepted(1,I,V)Acceptor3 is down共識數目不夠，重發請求給輔助節點Accept!(1,I,V)Accept!(1,I,V)Accept!(1,I,V)Accepted(1,I,V)Accepted(1,I,V)Accepted(1,I,V)共識成功，將最小共識節點減一，停止輔助節點繼續下一輪Accept!(1,I+1,W)Accept!(1,I+1,W)Accepted(1,I+1,W)Accepted(1,I+1,W)ProposerAcceptor1Acceptor2Acceptor3Aux

Fast Paxos

在之前提到的Paxos協議中，消息最后到達Learner一般都要經歷 Client–>Proposer–>Acceptor–>Learner 總共3個步驟。

那么有沒有更快的方法讓消息到達Learner呢？畢竟Learner是真正執行任務的，我們希望這個任務更加快速的為Learner所知。方法就是如果Proposer本身沒有數據需要被確認的話，那么Client可以直接發送Accept請求給Acceptor，從而跳過Proposer這一步，這樣的操作叫做Fast Paxos。

這里還要注意一點，Client 發送請求給Proposer是直接發送給Leader，也就是發送一次就夠了，但是發給Acceptor的話就要所有的Acceptors都發一遍。

Message flow: Fast Paxos, non-conflicting

下圖列出了正常運行的情況，沒有沖突正常執行。

ClientLeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4LearnerAccept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Response(W)ClientLeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4Learner

Message flow: Fast Paxos, conflicting proposals

當有多個Client同時發送Accept請求的時候就有可能產生沖突。這時候有兩種解決辦法。

Leader檢測到沖突之后，根據規定的算法從沖突中選擇一個數據，重新發送Accept請求。如下圖所示：

Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4LearnerAccept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Leader收到了2個Accepted(N,I,V)，2個Accepted(N,I,W)，產生了沖突，Leader選擇W，重新發起一輪Accept請求Accept!(N+1,I,W)Accept!(N+1,I,W)Accept!(N+1,I,W)Accept!(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Response(W)Response(W)Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4Learner

當檢測到沖突的時候，如果Acceptors自己就能解決沖突，那么就完全不需要Leader再次發送Accept請求了，這樣就又減少了一次請求，節省了時間。如下圖所示：

Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4LearnerAccept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Acceptors檢測到沖突，直接根據協議自行解決，這里選擇W為最終結果Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Response(W)Response(W)Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Acceptor4Learner

Message flow: Fast Paxos with uncoordinated recovery, collapsed roles

下圖是所有的角色集合到一個Server的情況，是更加簡潔的實現。

Client1Client2Server1Server2Server3Server4Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accept!(N,I,W)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,V)Accepted(N,I,W)Accepted(N,I,W)Servers檢測到沖突，直接根據協議自行解決，這里選擇W為最終結果Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Accepted(N+1,I,W)Response(W)Response(W)Client1Client2Server1Server2Server3Server4

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的理解分布式一致性:Paxos协议之Cheap Paxos Fast Paxos的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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