21、分布式系统中的共识算法与拜占庭容错机制解析

分布式系统中的共识算法与拜占庭容错机制解析

1. Paxos算法在Chubby中的优化与应用

在分布式系统中，Paxos算法是实现共识的重要手段。在Chubby系统里，为防止重新连接或重启的副本成功夺回协调器角色，即便未收到客户端请求，协调器也会定期启动新一轮Paxos算法。每次协调器成功运行Paxos算法实例时，会被授予一个主租约。只要协调器拥有有效的主租约，就能保证其拥有系统的最新状态。当协调器收到只读请求时，可立即执行，无需进行全序排序。

当客户端向协调器发出请求进行处理时，如果副本在请求提交时或请求执行前失去协调器角色，请求应被中止。最棘手的情况是协调器故障后迅速重启，此时崩溃前提交但未完全执行的请求应被中止。为区分这种情况与正常操作，引入了纪元编号，协调器在持续担任协调器角色期间收到的请求会被分配相同的纪元编号，并存储在数据库中以保证持久性。

虽然上述机制在Chubby中有效，但不清楚为何未采用更优雅的视图更改机制。若使用视图更改机制，重新连接或重启的副本无法成功运行Paxos实例，因为该实例的视图编号已过时，且使用视图编号可消除对纪元编号的需求。

2. Paxos算法中的成员变更处理

Paxos算法及其大多数变体假设接受者成员是静态的。在处理成员变更时，有以下几种情况：
- 重新加入和替换 ：由于进程会随时间出现故障，修复或替换出现故障的副本对于确保容错系统的长期运行至关重要。当副本重新加入系统时，必须先获取系统的最新状态，才能再次参与Paxos算法。这一机制消除了在持久存储上记录Paxos相关信息（如承诺和投票等）的需求。在Chubby中，本地硬盘不能用作真正的持久存储，因此