随笔 - 21, 文章 - 0, 评论 - 8

导航

基于Lease的一致性

Posted on 2011-03-31 07:55  chen77716  阅读(466)  评论(0编辑  收藏

基于Lease的一致性最初应用于分布式文件Cache,后来随着互联网的快速发展,发现非常适合于Web Proxy,因此针对Proxy Cache领域中的Lease便多了起来。

1. Lease的由来

关于Lease最经典的解释来源于Lease的原始论文<<Leases: An Efficient Fault-Tolerant Mechanism for Distributed File Cache Consistency>>:

a lease is a contract that gives its holder specific rights over property for a limited period of time

即Lease是一种带期限的契约,在此期限内拥有Lease的节点有权利操作一些预设好的对象,一般把拥有Lease节点称为Master。从更深 层次上来看,Lease就是一把带有超时机制的分布式锁,如果没有Lease,分布式环境中的锁可能会因为锁拥有者的失败而导致死锁,有了lease死锁 会被控制在超时时间之内。

2. Web Server Proxy

众所周知,一般会采用Proxy的方式加速对Web资源的访问速度,而Proxy也是HTTP协议里面的一个标准组件,其基本原理就是对远程 Server上的资源进行Cache,Client在访问Proxy时如果所需的内容在Proxy Cache中不存在,则访问Server;否则直接把Cache中的内容返回给Client。通过Proxy既提高了用户体验,又降低了Server负 载。当然,一个Server会存在很多个Proxy。

因此,保证Cache中的数据与Server一致成为Proxy Cache能正确工作的前提。之前,一般互联网数据不需要很强的一致性,但随着支付、股票等应用的发展,强一致性成为比不可少的要求,Lease就是解决这类强一致性的折中方案。

在不需要强一致性的环境中,Cache只要每隔一段时间与Server同步一下即可,但在需要强一致性的环境这种做法远不能满足需求。一般的实现强一致性有下面两种方式:

  • 客户端驱动:每次Read之前都check,像HTTP协议的If-Modified-Since头
  • Server驱动:Server上面的每次变更都通知Cache,这种方式具体又有两种实现:
    • Server仅通知Cache数据失效,Cache主动把失效数据拉过来
    • Server把变更的数据通知Cache

基于客户端的好处是,同步过程与Server完全无关,两套系统没有耦合,维护性强,但会造成很大的无效流量,Server要承担很大的负载。基于 Server的好处是没有无效流量,每次更新都很准确,但通信量太大,不需要的更新的内容也被更新。Server驱动还有另外一个问题,就是如果某个 Proxy无法响应,Server可能会陷于死锁状态,从而影响其他Cache的正常工作。

3.应用Lease到Proxy

引入Lease后规定:

  1. Cache第一次访问Server时,Server返回该Request的内容与一个Lease(Cache称为Holder)
  2. 在Lease期限之内,Server会主动把更新数据推送到Cache(是推送失效通知还是变更数据要看应用的情况)
  3. 如果Lease超时,Cache需要重新申请Lease

如果Lease时间无穷大,就是Server驱动模式;如果为0,则为客户端驱动模式,因此Lease是二者的一个折中。

很明显,影响Lease效果的一个重要的一个参数是Lease的时间:太长,Server端需要为Request予准备很多的状态(占用很多的空 间);太小,则会造成Cache与Server之间的流量增大,加大Server负载。在专业论文中用很多的公式来描述这个参数的影响,感觉没多大必要, 这里略过不表。

Lease模式可以称为“按需一致”,即用户访问的数据才进行一致,而对那些没有访问的数据不需要一致,这就一定程度上克服了Server驱动模式 下全部推送数据的缺点。试想有多个Proxy的场景,只要某条数据在多个Proxy上访问过,那么他们在所有的Proxy上是一致的,否则可能会不一致。

4. Lease的特点

很显然,Lease更擅长解决Cache与某个数据源之间的数据一致性问题,而不关心多Cache之间数据是否一致,其应用场景有较强的限制,非常 适合与类似Proxy这样的情况。但在真正Proxy Cache实现中中会根据不同的数据,同时存在弱一致性和Lease强一致性,也称为可调节的一致性。

Lease算法看似简单,但为我们在其他处理分布式问题时提供了很好的思路。尤其是原论文作者对Lease的定义,其价值远大于其在Proxy中的应用。

5.Lease演化

很多人沿着Lease这条路继续向下走,又产生了:

  • volume lease:把对象作为一个集合
  • hierarchical lease:把Lease层次化

这些算法的目标都是在特定场景下寻找平衡lease时间的方法。

因为我们着重研究Lease的一致性,对其在Web环境下的具体应用讨论的并不多,感兴趣的同学可以参考:

  • Adaptive Leases: A Strong ConsistencyMechanism for the World Wide Web
  • Lease Based Consistency Scheme in the Web Environment.pdf
作者:chen77716 发表于2011-3-31 15:55:00 原文链接
阅读:146 评论:0 查看评论