Paxos算法详解

Paxos算法详解

Paxos提高分布式系统容错性的一致性算法。

对于有一组可以提出提案的进程集合，对于一个一致性算法需要满足：

• 在这些被提出的提案中，只有一个会被选定。
• 如果没有提案被提出，那么就不会有被选定的提案。
• 当一个提案被选定之后，进程应该可以获取被选定的提案信息。
• 只有一个值被选定。
• 如果某个进程认为某个提案被选定，那么这个提案必须是真的被选定的那个。

Paxos算法中包含三种角色: Proposer，Acceptor, Learner。一个进程可以充当多个角色。不同参与者之间可以通过收发信息进行通信。

• 每个参与者以任意速度执行，可能会因为出错而停止，也可能会重启。同时即使一个提案被选定之后，所有参与者也都有可能失败或重启，因此除非哪些失败或重启的参与者可以记录某些信息，否则将无法确定最终的值。
• 消息在传输过程中可能出现不可预知的延迟，也可能重复或丢失，但是消息不会被损坏，消息内容不会被篡改。

Paxos推导过程：

• P1：一个Acceptor必须批准它收到的第一个提案。
  • 不同Proposer分别提出多个提案，没有一个提案被多数人批准。
    
  • 任意一个Acceptor出现问题
    
  • 在P1的基础上，再加上一个提案被选定需要由半数以上的Acceptor批准的需求暗示着一个Acceptor必须能够批准不止一个提案。提案形式使用 (全局唯一编号， Value)， 当Value被半数以上Acceptor批准则代表被选定。
• P2： 如果(M0, V0)被选定，那么所有比编号的M0更高的，且被选定的提案。其Value也是V0。
  • P2a： 如果编号为M0、Value值为V0的提案（即[M0，V0]）被选定了，那么所有比编号M0更高的，且被Acceptor批准的提案，其Value值必须也是V0。
  • P2b: 如果一个提案[M0,V0]被选定后，那么之后任何Proposer产生的编号更高的提案，其Value值都为Vo.
  • P2c: 对于任意的Mn和Vn，如果[Mn,Vn]被提出，那么肯定存在一个由半数以上的Acceptor组成的集合S，满足一下条件中任意一个：
    • S中不存在任何批准过编号小于Mn的提案Acceptor。
    • 选取S中所有Acceptor批准的编号小于Mn的提案，其中编号最大的那个提案其Value值是Vn.