一致性问题以及特殊情况下的解决方法

一致性就是相互独立的节点之间如何达成一项决议的问题

假设一个具有 N 个节点的分布式系统,当其满足以下条件时,我们说这个系统满足一致性:

  1. 全认同(aggreement):所有 N 个几点都认同一个结果

  2. 值合法(validity):该结果必须由 N 个节点中的节点提出

  3. 可结束(termination):决议过程在一定时间内结束,不会无休止的进行下去

看似很简单,但实现起来并不轻松,因为面临着以下几个问题:

  • 消息传递异步无序(asynchronous):现实网络不是一个可靠的信道,存在消息延时,丢失,节点间消息传递做不到同步有序(synchronous)

  • 节点宕机(fail-stop):节点持续宕机,不会恢复

  • 节点宕机恢复(fail-recover):节点宕机一段时间后恢复,在分布式系统中较为常见

  • 网络分化(network partition):网络链路出现问题,将 N 个节点隔离成多个部分

  • 拜占庭将军问题(byzantine failure):节点或宕机或逻辑失败,甚至不按套路抛出干扰决议的信息

问题

  1. 异步环境(asynchronous) 下,节点宕机(fail-stop)

  2. 异步环境(asynchronous) 下,节点宕机恢复(fail-recover)、网络分化(network partition)

2PC 解决单节点宕机

节点包括 coordinator 和 participants

在不宕机的情况下可以满足一致性

在第一阶段出了问题,回滚就完事儿了

主要是在第二阶段

coordinator 宕机:会有 watchdog 作为监听备份,query 其他的 participants 来确定最终的命令是什么,继续执行。

participants 宕机:与前面类似

但是,在 Phase2 出现了协调者和参与者都挂掉的情景

Coordinator 刚发出一个请求给其中一个 Participant,此时并没有发送给其他的 Participants 并没有收到消息,此时,前面两者宕机,备用 Coordinator 并不能通过其他的 Participants 来判断那个宕机的 Participant 是什么状态 A.commited B.rollback C.propose 所以一旦其他 participants 的操作与宕机的那个不一致,则会造成数据的不一致,所以会造成堵塞

3PC

三阶段即 propose、precommit、commit 这三个阶段,

其中有 watchdog 和 状态记录(logging) 的应用

Phase1:如果 coordinator 未收到 participant(宕机) 的 vote,则中止事务

Phase2:如果未收到 participant(宕机),因为已经投票了,不然不能进入 Phase2,所以继续 commit,participant 恢复后自行查看 Log 来决定是否 commit

Phase3:同上

3PC 解决了 2PC 的阻塞(不用摇摆判断是否 commit 还是 abort),还增加了宕机恢复后的处理。

参考资料 分布式系统理论基础 - 一致性、2PC和3PC

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