分布式系統之Paxos變種和優化

2021-09-23 22:31:34 字數 1799 閱讀 7176

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首先我們來回顧一下multi paxos,multi paxos在basic paxos的基礎上確定一系列值,其決議過程如下:

multi paxos中leader用於避免活鎖,但leader的存在會帶來其他問題,一是如何選舉和保持唯一leader(雖然無leader或多leader不影響一致性,但影響決議程序progress),二是充當leader的節點會承擔更多壓力,如何均衡節點的負載。mencius[1]提出節點輪流擔任leader,以達到均衡負載的目的;租約(lease)可以幫助實現唯一leader,但leader故障情況下可導致服務短期不可用。

在multi paxos中,proposer -> leader -> acceptor -> learner,從提議到完成決議共經過3次通訊,能不能減少通訊步驟?

對multi paxos phase2a,如果可以自由提議value,則可以讓proposer直接發起提議、leader退出通訊過程,變為proposer -> acceptor -> learner,這就是fast paxos[2]的由來。

multi paxos裡提議都由leader提出,因而不存在一次決議出現多個value,fast paxos裡由proposer直接提議,一次決議裡可能有多個proposer提議、出現多個value,即出現提議衝突(collision)。leader起到初始化決議程序(progress)和解決衝突的作用,當衝突發生時leader重新參與決議過程、回退到3次通訊步驟。

paxos自身隱含的乙個特性也可以達到減少通訊步驟的目標,如果acceptor上一次確定(chosen)的提議來自proposera,則當次決議proposera可以直接提議減少一次通訊步驟。如果想實現這樣的效果,需要在proposer、acceptor記錄上一次決議確定(chosen)的歷史,用以在提議前知道哪個proposer的提議上一次被確定、當次決議能不能節省一次通訊步驟。

除了從減少通訊步驟的角度提高paxos決議效率外,還有其他方面可以降低paxos決議時延,比如generalized paxos[3]提出不衝突的提議(例如對不同key的寫請求)可以同時決議、以降低paxos時延。

更進一步地,epaxos[4](egalitarian paxos)提出一種既支援不衝突提議同時提交降低時延、還均衡各節點負載、同時將通訊步驟減少到最少的paxos優化方法。

為達到這些目標,epaxos的實現有幾個要點。一是epaxos中沒有全域性的leader,而是每一次提議發起提議的proposer作為當次提議的leader(command leader);二是不相互影響(interfere)的提議可以同時提交;三是跳過prepare,直接進入accept階段。epaxos決議的過程如下:

左側展示了互不影響的兩個update請求的決議過程,右側展示了相互影響的兩個update請求的決議。multi paxos、mencius、epaxos時延和吞吐量對比:

為判斷決議是否相互影響,實現epaxos得記錄決議之間的依賴關係。

以上介紹了幾個基於paxos的變種,mencius中節點輪流做leader、均衡節點負載,fast paxos減少一次通訊步驟,generalized paxos允許互不影響的決議同時進行,epaxos無全域性leader、各節點平等分擔負載。

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