一文徹底理解Multi-Paxos
- 前言
- 什么是Multi-Paxos
- Chubby 是如何實作multi-paxos的
- 寫請求
- 讀請求
前言
?之前寫了篇Basic Paxos的文章，大家閱讀了后應該就知道了Basic Paxos只能就單個值（Value）達成共識，當需要對一系列值達成共識的時候，Basic Paxos就不管用了，雖然可以通過每收到一個值時，就執行一次Basic Paxos演算法的方式，
什么是Multi-Paxos
?其實Multi-Paxos只是一種思想，不是演算法，它是指基于Multi-Paxos思想，通過多個Basic Paxos實體來實作一系列值的共識演算法（比如著名的Raft演算法等），
?Basic Paxos是通過兩階段提交來達成共識的，在第一階段，準備階段的時候，只有接收到大多數準備回應的提議者，才能發起接受請求進入接受階段，如下圖所示：
?現在，如果直接通過多次執行basic paxos實體，來實作一系列值的共識，就會存在以下幾個問題：
- 多個提議者同時提交議案，可能會出現因為議案編號沖突，導致在準備階段沒有提議者接收到很多的準備回應，造成協商失敗，需要重新協商，比如，一個擁有3個節點的集群，如果2個節點作為提議者同時議案，就可能發生因為沒有提議者接收大多數回應而準備失敗，需要重新協商，
- 準備階段和接受階段實際上是兩輪RPC通信，在往返訊息多的情況下，有可能造成大量延遲，
?為了解決上述問題，考慮引入了一個新的角色節點，領導者（Leader）,把它作為唯一提議者，這樣就不存議案提交沖突的問題了，
?而領導者的選舉，是需要自己來實作的，接下來，就該考慮如何優化Basic Paxos，一般考慮省掉準備階段，直接進入接受階段，這樣，領導者的節點，命令是最新的，不再需要通過準備請求來發現之前被大多數節點通過的議案，領導者可以獨立地指定議案中的值，這樣就可以直接進入接受階段了，
?從上圖可以看出，Multi-Paxos 引入領導者節點之后，因為只有領導者節點一個提議者，所以不存在議案沖突，當領導者節點進入穩定狀態時，就可以直接進入接受階段，很大程度上減少了往返的訊息數量，從而提升了性能，降低了延遲，下面我們通過一個例子來看一下，
Chubby 是如何實作multi-paxos的
?Chubby是一種松耦合式的分布式系統的鎖服務，GFS和Big-Table都是通過它來解決分布式協作、master節點選舉、元資料存盤等一系列同分布式鎖相關的問題，Chubby提供了粗粒度分布式鎖服務，它的整個系統結構主要由服務端和客戶端兩部分組成，客戶端通過RPC呼叫和服務端進行通信，
? Chubby中的master是唯一的提議者，這樣就不會出現多個提議者同時提交議案從而造成議案沖突的情況，
? 那么，master節點是如何產生的呢？在Chubby集群（Chubby cell中，服務器節點采用basix paxos協議來進行投票選舉出，獲得半數票以上的服務器將作為master，也就是multi-paxos的領導節點，這樣就省掉了準備階段，一旦選舉出了master，Chubby就會在一段時間內不再將其他服務器作為master節點了，這段時間一般稱為租期（Lease），在運行程序中，master節點會通過不斷續租的方式來延長租期，比如，幾天內都是同一個節點作為master節點，如果master節點故障了，那么會在租期到期后， 其他節點又發起新一輪投票選舉出新的master節點，新master節點將執行新的租期，
?Chubby的客戶端首先過向記錄有Chubby服務端機器串列的DNS來請求獲取所有的Chubby服務器串列，然后逐一發起請求詢問該服務器是否是Master，在這個詢問程序中，那些非Master的服務器，則會將當前Master所在的服務器標志反饋給客戶端，這樣客戶端就能很快速的定位到Master服務器了，
? 只要該Master服務器正常運行，那么客戶端就會將所有的請求都發送到該Master服務器上，所有的讀請求和寫請求都是由master來處理，
寫請求
? 當master從客戶端接收到寫請求后，作為提議者會采用basic paxos協議將該寫請求廣播給所有節點后，并且在過半的節點接受寫請求之后，再回應給客戶端寫請求成功，
讀請求
? 當master接收到讀請求后，主節點只需要查詢本地資料，然后回傳給客戶端就可以了，為了減少客戶端和服務端頻繁的讀請求造成服務端的壓力，會在客戶端對檔案內容和元資料進行快取，雖然通過快取提升了性能，但是也帶來了一致性的問題，Chubby采取租期機制來保證資料的一致性，每個客戶端的快取同master租期關聯，可以理解為客戶端快取都有一個租期，一旦租期到期，客戶端就需要向master續訂租期以繼續維持快取的有效性，
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