一致性协议(二)Paxos 协议

 

用于达成共识性问题,即对多个节点产生的值,该算法能保证只选出唯一一个值。

主要有三类节点:

1. 提议者(Proposer):提议一个值;
2. 接受者(Acceptor):对每个提议进行投票;
3. 告知者(Learner):被告知投票的结果,不参与投票过程。

执行过程

规定一个提议包含两个字段:[n, v],其中 n 为序号(具有唯一性),v 为提议值。

下图演示了两个 Proposer 和三个 Acceptor 的系统中运行该算法的初始过程,每个 Proposer 都会向所有 Acceptor 发送提议请求。

当 Acceptor 接收到一个提议请求,包含的提议为 [n1, v1],并且之前还未接收过提议请求,那么发送一个提议响应,设置当前接收到的提议为 [n1, v1],并且保证以后不会再接受序号小于 n1 的提议。

如下图,Acceptor X 在收到 [n=2, v=8] 的提议请求时,由于之前没有接收过提议,因此就发送一个 [no previous] 的提议响应,并且设置当前接收到的提议为 [n=2, v=8],并且保证以后不会再接受序号小于 2 的提议。其它的 Acceptor 类似。

如果 Acceptor 接收到一个提议请求,包含的提议为 [n2, v2],并且之前已经接收过提议 [n1, v1]。如果 n1 > n2,那么就丢弃该提议请求;否则,发送提议响应,该提议响应包含之前已经接收过的提议 [n1, v1],设置当前接收到的提议为 [n2, v2],并且保证以后不会再接受序号小于 n2 的提议。

如下图,Acceptor Z 收到 Proposer A 发来的 [n=2, v=8] 的提议请求,由于之前已经接收过 [n=4, v=5] 的提议,并且 n > 2,因此就抛弃该提议请求;Acceptor X 收到 Proposer B 发来的 [n=4, v=5] 的提议请求,因为之前接收到的提议为 [n=2, v=8],并且 2 <= 4,因此就发送 [n=2, v=8] 的提议响应,设置当前接收到的提议为 [n=4, v=5],并且保证以后不会再接受序号小于 4 的提议。Acceptor Y 类似。

当一个 Proposer 接收到超过一半 Acceptor 的提议响应时,就可以发送接受请求。

Proposer A 接收到两个提议响应之后,就发送 [n=2, v=8] 接受请求。该接受请求会被所有 Acceptor 丢弃,因为此时所有 Acceptor 都保证不接受序号小于 4 的提议。

Proposer B 过后也收到了两个提议响应,因此也开始发送接受请求。需要注意的是,接受请求的 v 需要取它收到的最大 v 值,也就是 8。因此它发送 [n=4, v=8] 的接受请求。

Acceptor 接收到接受请求时,如果序号大于等于该 Acceptor 承诺的最小序号,那么就发送通知给所有的 Learner。当 Learner 发现有大多数的 Acceptor 接收了某个提议,那么该提议的提议值就被 Paxos 选择出来。

约束条件

1. 正确性

指只有一个提议值会生效。

因为 Paxos 协议要求每个生效的提议被多数 Acceptor 接收,并且 Acceptor 不会接受两个不同的提议,因此可以保证正确性。

2. 可终止性

指最后总会有一个提议生效。

Paxos 协议能够让 Proposer 发送的提议朝着能被大多数 Acceptor 接受的那个提议靠拢,因此能够保证可终止性。

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