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Raft 算法

时间:2023-08-13 14:33:51浏览次数:35  
标签:任期 Follower Leader 算法 Raft 日志 节点 RPC

论文 《In Search of an Understandable Consensus Algorithm》,发表于2014年

相比于 Paxos,Raft 最大的特性就是易于理解。为了达到这个目标,Raft主要做了两方面的事情:

  1. 问题分解:把共识算法分为三个子问题,分别是领导者选举 (leaderlection)、日志复制 (log replication)、安全性 (safety)
  2. 状态简化:对算法做出一些限制,减少状态数量和可能产生的变动。

1 复制状态机

复制状态机 (Replicated state machine):相同的初始状态 + 相同的输入 = 相同的结束状态。

多个节点上,从相同的初始状态开始,执行相同的一串命令,产生相同的最终状态。

在 Raft 中,leader 将客户端请求 (command) 封装到一个个日志实体 (log entry) 中,将这些 log entries 复制到所有 follower 节点,然后大家按相同顺序应用 log entries 中的 command,根据复制状态机的理论,大家的结束状态肯定是一致的。

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我们使用共识算法,就是为了实现复制状态机。一个分布式场景下的各节点间,就是通过共识算法来保证命令序列的一致,从而始终保持它们的状态一致,从而实现高可用的。(投票选主是一种特殊的命令)

拓展:复制状态机作为一种抽象的思想,其的功能可以更加强大。比如两个副本一个采用行存储的数据结构存储数据,另一个采用列存储,只要它们初始数据相同,并持续发给他们相同的命令,那么同一时刻从两个副本中读取到的结果也是一样的,这就是一种 HTAP 的实现方法 (如 TiDB)。

2 状态简化

在任何时刻,每一个服务器节点都处于 Leader, Follower, Candidate 这三种状态之一

相比于 Paxos,这一点极大简化了算法的实现,因为 Raft 只需考虑状态的切换,而不用像 Paxos 那样考虑状态之间的共存和互相影响。

  1. 任何一个节点启动时都处于 Follower 状态,若它察觉到集群中没有 Leader,就会将自己切换到 Candidate 状态。
  2. 在 Candidate 状态中进行一次或多次的选举,最终根据选举的结果决定将自己切换到 Leader 状态,或切换回 Follower 状态。
  3. 若选举成功,则切换到 Leader 状态并为客户端提供服务,若它在 Leader 状态的任期结束 or 自身发生宕机等问题,会切换回 Follower 状态,进行下一轮循环。
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Raft 把时间分割成任意长度的 任期 (term),任期用连续的整数标记,通常是 Int 型。

每一段任期从一次选举开始。在某些情况下,一次选举无法选出 Leader (没有任何一个节点的票数超过一半),在这种情况下,这一任期会以没有 Leader 结束,如图中的 t3;一个新的任期 (包含一次新的选举) 会很快重新开始。Raft 保证在任意一个任期内,最多只有一个 Leader。

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任期机制可以明确标识集群状态;且通过任期的比较可确认一台服务器历史的状态,

标签:任期,Follower,Leader,算法,Raft,日志,节点,RPC
From: https://www.cnblogs.com/angelia-wang/p/17626546.html

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