諸葛 VS 龐統,拿下 Paxos 共識演算法

2022-01-10 08:07:38 字數 3750 閱讀 3569

分布式確實是乙個有趣的話題,只要你留心觀察,分布式在生活中無處不在。

前兩講主要是講解分布式理論,涉及到了分布式的四大理論。

拜占庭將軍問題:《用三國殺講分布式演算法,舒適了吧?》

base、cap、acid:《用太極拳講分布式理論,舒服!》

從這篇開始,將會講解分布式的八大協議/演算法。本篇主要講解 paxos 共識演算法。

paxos是分布式演算法中的老大哥,可以說 paxos 是分布式共識的代名詞。最常用的分布式共識演算法都是基於它改進。比如 raft 演算法(後面也會介紹)。所以學習分布式演算法必須先學習 paxos 演算法。

paxos 演算法主要包含兩個部分:

basic paxos 演算法是 multi-paxos 思想的核心,multi 的意思就是多次,也就是說多執行幾次 basic paxos 演算法。所以 basic paxos 演算法是重中之重。

三國中劉備集團,有兩大軍師:諸葛亮和龐統,都是非常厲害的人物,當他們有不同作戰計畫給多名武將時,如何達成一致?

paxos 中有三種角色:提議者、接受者、學習者。

讓我們用更通俗的方式來講解 paxos 演算法。讓我們穿越回東漢末年,劉備集團的帳營中一同學習 paxos 演算法是怎麼攻打曹操的。

劉備的帳營中人物介紹:

為什麼說節點可以扮演接受者,也可以扮演提議者呢?

上篇我在講解 base 協議的時候,講到二階段提交協議。其中有乙個協調者的身份,協調者既可以是接受者,也可以是提議者。

如下圖所示,節點 1 作為提議者和接受者,節點 2 和節點 3 作為接受者。

三國中有劉備集團(佔據西蜀)、曹操集團(佔據北邊)、孫權集團(佔據江南)。

諸葛亮龐統作為提議者,向三個接受者進作戰計畫的提案。提案中有兩個屬性:

諸葛亮的作戰計畫是從北邊進攻曹操,龐統的作戰計畫是從南邊進攻曹操,而關羽、張飛、趙雲先後收到了他們的作戰計畫,該聽誰的呢?這裡就是乙個共識的問題。而 paxos 演算法達成共識分兩個階段。準備(prepare)階段接受(accept)階段

諸葛亮和龐統作為提議者,分別向所有的接受者(關羽、張飛、趙雲)傳送包含作戰計畫編號(提案編號)的準備請求,但不包含作戰計畫(提案值)。

注意:準備階段不需要攜帶具體的作戰計畫,所以作戰計畫可以為空,但是提議編號必須有。

按照接受請求的時間順序,關羽和張飛收到諸葛亮的請求[1,空],趙雲收到龐統的請求[2,空]

因為關羽、張飛之前沒有收到提案,所以返回乙個尚無提案的響應。也就是告訴諸葛亮,不會再響應編號小於等於1的準備請求了,也不會通過編號小於1的提案。響應的時間點是 14 點和 15 點

而趙雲之前也沒有收到提案,所以返回乙個尚無提案的響應。也就是告訴龐統,不會再響應編號小於等於2的準備請求了,也不會通過編號小於2的提案。響應的時間點是 16 點

而對於龐統的準備請求,關羽、張飛收到編號為2的準備請求,而 編號2大於之前接受到的編號1,而且關羽和張飛沒有通過任何提案,所以還是會返回給龐統一個尚無提案的響應。也就是告訴龐統不會再響應編號小於等於2的準備請求了,也不會通過編號小於2的提案。響應的時間點是14 點和 15 點

而趙雲最後收到諸葛亮編號為1準備請求後,因編號1小於之前響應的準備請求的提案編號2,所以直接丟棄該準備請求,不做響應,如上圖的 ❌ 圖示。

諸葛亮和龐統收到準備響應後,會分別傳送接受請求,如下圖所示:

諸葛亮收到大多數接受者(關羽和張飛)的準備響應後,根據響應中提案編號最大的提案的值,設定接受請求中的值。因為關羽和張飛返回的準備響應都是尚無提案,所以還是傳送提案編號為1,提案值為接受請求代表從北邊進攻曹操。傳送的時間點是15 點過 1 分、16 點

為什麼是 15 點過 1 分?因為只要滿足大多數接受者的準備請求後,就可以傳送接受請求了。關羽和張飛響應的時間點是 14 點和 15 點,所以 15 點以後就可以傳送了。

龐統收到大多數接受者(關羽、張飛和趙雲)的準備響應後,根據響應中提案編號最大的提案的值,,設定接受請求中的值。因為關羽、張飛和趙雲返回的準備響應都是尚無提案,所以還是傳送提案編號為2,提案值為接受請求代表從南邊進攻曹操。傳送的時間點是18 點、19 點、20 點

當關羽、張飛、趙雲收到諸葛亮和龐統的接受請求後,會進行如下處理,如下圖所示:

關羽、張飛、趙雲收到諸葛亮傳送的提案 [1,北]時候,因為提案編號1小於他們承諾的能通過的提案的最小提案編號2,所以諸葛亮的提案被拒絕了。

而當他們收到龐統的傳送的提案 [2,南] 的時候,因為編號 2 不小於之前承諾的編號 2,所以通過龐統的提案 [2,南] ,所以關羽、張飛、趙雲他們的作戰計畫是從南邊進攻曹操。達成了共識

當接受者通過了乙個提案時,就通知所有的學習者。當學習者發現大多數的接受者都通過了某個提案,那麼學習者也會通過該提案,接受該提案的值。

也就是說關羽、張飛、趙雲達成了共識後,學習者法正馬良也同樣通過從南邊進攻的作戰計畫

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