8、分布式快照：原理、算法与应用

分布式快照：原理、算法与应用

1. 引言

在分布式系统中，计算是将给定初始状态转换为最终状态的一系列原子动作。在顺序进程中，这些动作是完全有序的，但在分布式系统中，它们只是部分有序。通常，我们会从状态和状态转换的角度来分析程序的属性。

分布式系统的状态（也称为全局状态）是所有组件进程的局部状态以及消息传输通道的状态集合。由于本地物理时钟无法完全同步，全局状态的各个组件无法同时记录。在异步分布式系统中，动作与时间无关，因此关键问题是：何时以及如何记录进程和通道的状态？不同的记录时间会导致全局状态的值有很大差异。

以一个由三个进程（编号为 0、1、2）通过 FIFO 通道连接的系统为例，假设有数量未知的不可区分令牌在网络中无限循环。我们希望进程相互协作，在不停止系统的情况下准确统计系统中循环的令牌数量。这个任务由发起者进程（如进程 0）启动，它会向其他进程发送查询消息以记录它们看到的令牌数量。当只有一个令牌时，可能出现以下情况：
- 可能性 1 ：进程 0 收到令牌时记录 n0 = 1。进程 1 记录 n1 时，令牌在通道 (1, 2) 中，所以 n1 = 0。进程 2 记录 n2 时，令牌在通道 (2, 0) 中，所以 n2 = 0。此时，n0 + n1 + n2 = 1。
- 可能性 2 ：进程 0 收到令牌时记录 n0 = 1。进程 1 记录 n1 时，令牌已到达进程 1，所以 n1 = 1。进程 2 记录 n2 时，令牌已到达进程 2，所以 n2 = 1。此时，n0 + n1 + n2 = 3，但由于令牌不可区分，没有进程知道同一个令牌被记录了三次。
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