web選舉、多數(shù)派和租約是什么-創(chuàng)新互聯(lián)

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選舉(electioin)

一致性問題(consistency)是獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)間如何達(dá)成決議的問題，選出大家都認(rèn)可的leader本質(zhì)上也是一致性問題，因而如何應(yīng)對(duì)宕機(jī)恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)分化等在leader選舉中也需要考量。

Bully算法^[1]是最常見的選舉算法，其要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)序號(hào)，序號(hào)最高的節(jié)點(diǎn)為leader。leader宕機(jī)后次高序號(hào)的節(jié)點(diǎn)被重選為leader，過程如下：

(a). 節(jié)點(diǎn)4發(fā)現(xiàn)leader不可達(dá)，向序號(hào)比自己高的節(jié)點(diǎn)發(fā)起重新選舉，重新選舉消息中帶上自己的序號(hào)

(b)(c). 節(jié)點(diǎn)5、6接收到重選信息后進(jìn)行序號(hào)比較，發(fā)現(xiàn)自身的序號(hào)更大，向節(jié)點(diǎn)4返回OK消息并各自向更高序號(hào)節(jié)點(diǎn)發(fā)起重新選舉

(d). 節(jié)點(diǎn)5收到節(jié)點(diǎn)6的OK消息，而節(jié)點(diǎn)6經(jīng)過超時(shí)時(shí)間后收不到更高序號(hào)節(jié)點(diǎn)的OK消息，則認(rèn)為自己是leader

(e). 節(jié)點(diǎn)6把自己成為leader的信息廣播到所有節(jié)點(diǎn)

回顧 《分布式系統(tǒng)理論基礎(chǔ) - 一致性、2PC和3PC》就可以看到，Bully算法中有2PC的身影，都具有提議(propose)和收集反饋(vote)的過程。

在一致性算法 Paxos、ZAB^[2]、Raft^[3]中，為提升決議效率均有節(jié)點(diǎn)充當(dāng)leader的角色。ZAB、Raft中描述了具體的leader選舉實(shí)現(xiàn)，與Bully算法類似ZAB中使用zxid標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)，具有大zxid的節(jié)點(diǎn)表示其所具備的事務(wù)(transaction)最新、被選為leader。

多數(shù)派(quorum)

在網(wǎng)絡(luò)分化的場景下以上Bully算法會(huì)遇到一個(gè)問題，被分隔的節(jié)點(diǎn)都認(rèn)為自己具有大的序號(hào)、將產(chǎn)生多個(gè)leader，這時(shí)候就需要引入多數(shù)派(quorum)^[4]。多數(shù)派的思路在分布式系統(tǒng)中很常見，其確保網(wǎng)絡(luò)分化情況下決議唯一。

多數(shù)派的原理說起來很簡單，假如節(jié)點(diǎn)總數(shù)為2f+1，則一項(xiàng)決議得到多于 f 節(jié)點(diǎn)贊成則獲得通過。leader選舉中，網(wǎng)絡(luò)分化場景下只有具備多數(shù)派節(jié)點(diǎn)的部分才可能選出leader，這避免了多l(xiāng)eader的產(chǎn)生。

多數(shù)派的思路還被應(yīng)用于副本(replica)管理，根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際讀寫比例調(diào)整寫副本數(shù)V_w、讀副本數(shù)V_r，用以在可靠性和性能方面取得平衡^[5]。

租約(lease)

選舉中很重要的一個(gè)問題，以上尚未提到：怎么判斷l(xiāng)eader不可用、什么時(shí)候應(yīng)該發(fā)起重新選舉？最先可能想到會(huì)通過心跳(heart beat)判別leader狀態(tài)是否正常，但在網(wǎng)絡(luò)擁塞或瞬斷的情況下，這容易導(dǎo)致出現(xiàn)雙主。

租約(lease)是解決該問題的常用方法，其最初提出時(shí)用于解決分布式緩存一致性問題^[6]，后面在分布式鎖^[7]等很多方面都有應(yīng)用。

租約的原理同樣不復(fù)雜，中心思想是每次租約時(shí)長內(nèi)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得租約、到期后必須重新頒發(fā)租約。假設(shè)我們有租約頒發(fā)節(jié)點(diǎn)Z，節(jié)點(diǎn)0、1和2競選leader，租約過程如下：

(a). 節(jié)點(diǎn)0、1、2在Z上注冊(cè)自己，Z根據(jù)一定的規(guī)則(例如先到先得)頒發(fā)租約給節(jié)點(diǎn)，該租約同時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)有效時(shí)長；這里假設(shè)節(jié)點(diǎn)0獲得租約、成為leader

(b). leader宕機(jī)時(shí)，只有租約到期(timeout)后才重新發(fā)起選舉，這里節(jié)點(diǎn)1獲得租約、成為leader

租約機(jī)制確保了一個(gè)時(shí)刻最多只有一個(gè)leader，避免只使用心跳機(jī)制產(chǎn)生雙主的問題。在實(shí)踐應(yīng)用中，zookeeper、ectd可用于租約頒發(fā)。

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當(dāng)前標(biāo)題：web選舉、多數(shù)派和租約是什么-創(chuàng)新互聯(lián)
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