Raft一致性協議簡說

2021-10-10 12:48:20 字數 2738 閱讀 2042

資料一致性是在乙個需要容錯的分布式系統中提出的概念。這裡的一致性我們要特別搞清楚,主要有以下兩層含義:

一直以來一致性演算法都是乙個高深莫測的領域,特別是一致性演算法的鼻祖paxos,以複雜難懂而著稱! 然而在耐心研讀了raft的***** 14以後,發現這一領域也並不是那麼神秘。首先我想說raft的*****質量非常好好!它不僅闡述了複雜的一致性演算法,而且展示了一種解釋複雜問題的方法。它深刻吸取paxo抽象難懂的教訓,在*****中特別強調了understandable! 嗯,understandable, 作者是認真的。 為了證實raft更容易理解和掌握,作者專門組織了一幫大學學生,分為兩組,分別學習raft和paxos, 然後對學員的掌握情況進行測試,測試結果也以**形式發出。真是下了不少功夫啊!

這裡簡單梳理一下raft *****中的框架內容,若要全面了解raft協議,強烈建議讀原*****.

logreplicated state machine

複製狀態機中儲存的是實際的客戶資料,資料的讀取都需要從狀態機中讀。因此leader在返回給client成功時,資料一定要寫入狀態機,不然會造成client讀取不到最新資料。

leader

leader是服務客戶端的唯一server。 leader要不斷地向follower傳送心跳包還確保自己的leader地位。

candidate

candidate是乙個臨時角色,一般來講,任何乙個節點都不會長時間處於這樣一種角色。它是由follower節點轉換來的。即當乙個follower節點在一定時間(election timeout)沒有收到leader的心跳包,這個follower就會轉換為candidate,發起投票選舉自己為leader, 如果它能獲取到多數投票,它就會成為下乙個任期(term)的leader. 若不能,則有兩種情況: 繼續投票或轉換角色為follower.

follower

follower角色接受leader的日誌複製,負責高可用。當leader掛掉時,其中最先election timeout 的follower會變為candidate, 發起投票選舉自己為leader. 這裡的election timeout是乙個時間範圍內的隨機值(raft *****建議150ms - 300ms.),這樣確保不會一直有兩個candidate同時選舉。 在tikv中election timeout是10s(如果處於無主狀態,大約經過 raft-base-tick-intervaldefault 1s* raft-election-timeout-ticksdefault 10時間以後發起選舉)

requestvote rpc

candidate傳送requestvote rpc來發起選舉。

installsnapshot rpc

當乙個follower角色落後leader太多時,會使用installsnapshot rpc 來使其快速補充資料。任何乙個節點都會做日誌定期快照。可以參照redis的log rewrite來理解這裡的snapshot.

leader election

集群中的server從follower角色開始,在經歷election timeout週期沒有收到leader的心跳時,該server會轉換角色為candidate, 將自己的任期加1, 投自己一票,並傳送requestvote rpc向集群中的其它server發起投票。如果它能夠獲得大多數投票,它就會當選為leader。當然這裡面涉及到許多細節,這裡不詳細闡述。 leader election活動在raft系統中發生的並不頻繁。

理解raft成員變更可以參考mysql mgr中的view & viewchanges 4. 當集群中某個節點宕機或者新增新的節點到集群時,會觸發membership change. raft採用joint consensus機制來保證平滑過渡,並且不影響對client請求的處理。這一活動在raft系統中也不常見。

log compaction

log不能無限增長。raft會定期對日誌做快照(snapshot),這一操作與redis中的log rewrite類似(如下圖)。在實際的實現中,龐大的資料集可能會使日誌占有巨大空間,即使經過壓縮後,日誌量還是很大,還應實現定時清理機制。tikv中通過一些引數(如:raft-log-gc-size-limit)設定來控制raft log的殘餘量,超過這一設定會被清理以節省空間。

簡單來看,上述幾個部分包含了raft協議的主要內容。希望對了解raft概貌有些幫助。對細節的闡述往往使問題變得複雜,學習新鮮事物時,我們可以先從全域性來看其全貌,將其拆解為幾大模組,然後再分別詳細研究各個模組的細節,等了解了細節,再從全域性來看各各模組之間的關係,直到徹底了解整個系統。

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