Paxos分佈式一致性算法簡介和Apache ZooKeeper的概念映射

Paxos是一個基於消息傳遞的一致性算法，近幾年被普遍應用於分佈式計算中，Google的Chubby，Apache的Zookeeper都是基於它的理論來實現的，Paxos還被認爲是到目前爲止惟一的分佈式一致性算法，其它的算法都是Paxos的改進或簡化。Paxos只有在一個可信的計算環境中才能成立，這個環境是不會被入侵所破壞的。 由Leslie Lamport發明了Paxos算法，他目前供職於微軟研究院。1998年在ACM Transactions on Computer Systems的《The Part-Time Parliament》論文是Paxos算法第一次公開發表，文本可參考微軟研究院地址：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/lamport/pubs/lamport-paxos.pdf。Lamport以爲同行沒法接受他的幽默感，因而用容易接受的方法從新表述了一遍，文本可參考微軟研究院地址：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/lamport/pubs/paxos-simple.pdf。 Paxos算法的中文譯本可參考這裏：http://zh.wikipedia.org/zh-cn/Paxos%E7%AE%97%E6%B3%95。 本文部份內容根據http://www.spnguru.com/?p=232的文字整理，但原地址已失效，因此實際是從這個http://blog.csdn.net/cxhzqhzq/article/details/6568040轉帖整理。 Paxos描述了這樣一個場景，有一個叫作Paxos的小島(Island)上面住了一批居民，島上面全部的事情由一些特殊的人決定，他們叫作議員(Senator)。議員的總數(Senator Count)是肯定的，不能更改。島上每次環境事務的變動都須要經過一個提議(Proposal)，每一個提議都有一個編號(PID)，這個編號是一直增加的，不能倒退。每一個提議都須要超過半數((Senator Count)/2 +1)的議員贊成才能生效。每一個議員只會贊成大於當前編號的提議，包括已生效的和未生效的。若是議員收到小於等於當前編號的提議，他會拒絕，並告知對方：你的提議已經有人提過了。這裏的當前編號是每一個議員在本身記事本上面記錄的編號，他不斷更新這個編號。整個議會不能保證全部議員記事本上的編號老是相同的。如今議會有一個目標：保證全部的議員對於提議都能達成一致的見解。 如今議會開始運做，全部議員一開始記事本上面記錄的編號都是0。有一個議員發了一個提議：將電費設定爲1元/度。他首先看了一下記事本，嗯，當前提議編號是0，那麼個人這個提議的編號就是1，因而他給全部議員發消息：1號提議，設定電費1元/度。其餘議員收到消息之後查了一下記事本，哦，當前提議編號是0，這個提議可接受，因而他記錄下這個提議並回復：我接受你的1號提議，同時他在記事本上記錄：當前提議編號爲1。發起提議的議員收到了超過半數的回覆，當即給全部人發通知：1號提議生效！收到的議員會修改他的記事本，將1好提議由記錄改爲正式的法令，當有人問他電費爲多少時，他會查見解令並告訴對方：1元/度。 如今看衝突的解決：假設總共有三個議員S1-S3，S1和S2同時發起了一個提議:1號提議，設定電費。S1想設爲1元/度, S2想設爲2元/度。結果S3先收到了S1的提議，因而他作了和前面一樣的操做。緊接着他又收到了S2的提議，結果他一查記事本，咦，這個提議的編號小於等於個人當前編號1，因而他拒絕了這個提議：對不起，這個提議先前提過了。因而S2的提議被拒絕，S1正式發佈了提議: 1號提議生效。S2向S1或者S3打聽並更新了1號法令的內容，而後他能夠選擇繼續發起2號提議。 如今讓咱們來對號入座，看看在ZK Server裏面Paxos是如何得以貫徹實施的。 小島(Island)——ZK Server Cluster 議員(Senator)——ZK Server 提議(Proposal)——ZNode Change(Create/Delete/SetData…) 提議編號(PID)——Zxid(ZooKeeper Transaction Id) 正式法令——全部ZNode及其數據 在全部議員中設立一個總統，只有總統有權發出提議，若是議員有本身的提議，必須發給總統並由總統來提出。 總統——ZK Server Leader 如今咱們假設總統已經選好了，下面看看ZK Server是怎麼實施的。 狀況一： 屁民甲(Client)到某個議員(ZK Server)那裏詢問(Get)某條法令的狀況(ZNode的數據)，議員堅決果斷的拿出他的記事本(local storage)，查閱法令並告訴他結果，同時聲明：個人數據不必定是最新的。你想要最新的數據？沒問題，等着，等我找總統Sync一下再告訴你。 狀況二： 屁民乙(Client)到某個議員(ZK Server)那裏要求政府歸還欠他的一萬元錢，議員讓他在辦公室等着，本身將問題反映給了總統，總統詢問全部議員的意見，多數議員表示欠屁民的錢必定要還，因而總統發表聲明，從國庫中拿出一萬元還債，國庫總資產由100萬變成99萬。屁民乙拿到錢回去了(Client函數返回)。 狀況三： 總統忽然掛了，議員連續不斷的發現聯繫不上總統，因而各自發表聲明，推選新的總統，總統大選期間政府停業，拒絕屁民的請求。