11、可靠广播：原理、算法与应用

可靠广播：原理、算法与应用

1. 引言

在分布式系统中，消息的可靠传递至关重要。传统的分布式应用多采用客户端 - 服务器模式，依赖可靠的点对点通信协议。然而，随着分布式应用的发展，多参与者系统的需求日益增长，广播抽象应运而生，用于在一组进程间传播信息。本文将介绍几种广播抽象，包括尽力而为广播、常规可靠广播和统一可靠广播，并详细阐述其规范和实现算法。

2. 广播抽象的动机

2.1 客户端 - 服务器计算

在传统分布式应用中，客户端 - 服务器模式是常见的交互方式。服务器为多个客户端提供接口，客户端通过发送请求和接收回复与服务器交互。这种交互依赖可靠的点对点通信协议，如 TCP，确保消息不丢失、不重复，并按发送顺序传递。使用可靠的点对点协议，应用程序无需处理确认、超时、消息重传等问题，这些问题由协议接口封装。

2.2 多参与者系统

随着分布式应用的复杂化，多进程协调操作的需求增加。例如，多用户虚拟环境中，多个用户在虚拟空间交互，可能位于不同物理位置，通过交换多媒体信息或修改环境进行直接或间接交互。广播抽象允许一个进程向一组进程发送消息，并确保进程对所传递的消息达成一致。但广播原语的一致性定义并非易事，因为存在多个发送者和接收者，消息传递可能出现不一致。例如，发送者崩溃时，部分接收者可能收到消息，而其他接收者可能未收到，导致系统状态不一致。

广播抽象提供了多种可靠性保证，对于崩溃停止进程，从尽力而为广播（仅在发送者不失败时确保所有正确进程传递消息）到可靠广播（即使发送者失败也确保所有或无传递语义），再到全序广播（确保消息按全局顺序传递）和终止广播（确保进程要么传递消息，要么最终知道不应传递消息）