Paxos理论介绍(3): Master选举

Paxos理论介绍(3): Master选举

LynnCuiLynnCui

前文:Paxos理论介绍(2): Multi-Paxos与Leader

建议没有阅读前面文章的读者可以先花少许时间阅读一下。

Master

开门见山,我们先明确一下Master的定义。Master是一个角色,这个角色的特点是,在我们选定的一些节点集合内,任一时刻,仅有一个节点成为Master或者没有任何节点成为Master。这是一个非常严格的单点定义。

Master的应用非常广泛。比如在分布式存储里面,我们希望读取一个最新的值,那么常见的做法是我们先选举出一个Master,读写都经由Master来完成,那么在Master上读取到的就肯定是最新的。另外还比如一些仲裁模块,往往也希望有Master来协助。

Master选举与Paxos的关系

如何选举Master?由于Master具有严格的单点定义,那么必须有一个强一致性的算法才能完成选举,当然我们这里采用了Paxos。但Master选举算法自身也是一个通用性的算法,它可以与任何强一致性算法搭配来完成,而无需要求一定是Paxos。所以这里我们希望设计一个与Paxos完全解耦的工程实现,也就是Master选举只用到Paxos工程实现的API,而无需侵入Paxos算法内部。

Paxos的工程应用

这个涉及到Paxos工程上API设计以及状态机,这里先不展开讲,来看一张图相信大家就懂了,图片来自论文"Paxos Made Live"。

Paxos的应用简明来讲就是由算法确定一个操作系列,通过编写这些操作系列的callback(也就是状态机的状态转移函数),使得节点进行相同顺序的callback,从而保证各个节点的状态一致。

Master选举租约算法

BeMaster是一个操作,这个操作很简单,就是提议自己成为Master,图片里面A节点希望自己成为Master。任何节点都可以发起这个操作尝试将自己提升为Master,除了已经得知别人已被选为Master。当得知别人被选为Master后,必须等待timeout长度时间,才能发起BeMaster操作。而如果是获知自己成为Master,那么从BeMaster开始的timeout时间内可认为自己是Master,如图示,T2-T3的时间窗内,视作Master的任期

如何将上面所述的租约算法与Paxos结合起来?

  • BeMaster可以认为是一个Submit操作,其Value携带的就是自己的节点信息。
  • callback做两件事情,第一:发现Value的节点非自己,则等待timeout时间再发起BeMaster。第二:发现Value的节点是自己,那么将自己提升为Master,并在T(BeMaster) + timeout后过期。

算法正确性如何保证?

  • 一致性由Paxos保证,也就是只要Value被Paxos选出来,那么其包含的肯定是同一个节点信息,不会出现选举冲突。
  • Master的单点性通过租约算法保证。由于恒定T(BeMaster) < T(Know other as master),那么Master的过期时间肯定要比非Master节点认为Master过期的时间早,从而保证Master任期内,肯定不会出现其他节点尝试来抢占Master。
这里给大家提一个问题,图示里面,为何Master任期的起始时间是从BeMaster算起,而不能是从BeMaster success算起?相信如果理解了Paxos算法的读者,应该可以很轻松回答这个问题。

Master续任

只需要在Master任期内成功成功完成一次BeMaster操作,即可延长Master任期,在正常情况下这样不断迭代下去,一般会使得Master非常的稳定。

上图可以看到在多次的BeMaster选举里面,我们需要给每一个任期赋予一个version,这是为什么?下面通过一个例子来解释这个问题。

这个图示情况是NodeA不断的在续任,但NodeC可能与NodeA无法通信或者其他原因,在获知NodeA第二次续任成功后就再也收不到任何消息了,于是当NodeC认为A的Master任期过期后,即可尝试发起BeMaster操作。这就违背了算法的保证了,出现了NodeA在任期内,但NodeC发起BeMaster操作的情况。

这里问题的本质是,NodeC还未获得最新的Master情况,所以发起了一次错误的BeMaster。version的加入是参考了乐观锁来解决这个问题。发起BeMaster的时候携带上一次的version,如果这个version已经不是最新,那么这一次BeMaster自然会失效,从而解决问题。理解乐观锁的读者应该可以很快脑补出version的作用,这里就不详细展开了。

小贴纸

说的再多不如阅读源码,猛击进入我们的开源Paxos类库实现:github.com/tencent-wech 在src/master目录有完整的Master租约算法实现代码。

如果觉得文章对你有帮助或者启发,麻烦点一波关注,谢谢各位。

「真诚赞赏,手留余香」
还没有人赞赏,快来当第一个赞赏的人吧!
文章被以下专栏收录
24 条评论