分布式一致性Paxos算法学习笔记(一):paxos大杂烩

 

取名

    Paxos(Greek: Παξοί, pronounced Paksi in English )又名Paxi是希腊西南部一个风景如画的小岛。而Paxos算法则是现在很火的分布式一致性算法,为何以一个希腊小岛名字算法?Lamport这样解释道:

I thought, and still think, that Paxos is an important algorithm.  Inspired by my success at popularizing the consensus problem by describing it with Byzantine generals, I decided to cast the algorithm in terms of a parliament on an ancient Greek island.  Leo Guibas suggested the name Paxos for the island.

为描述 Paxos 算法,Lamport 虚拟了一个叫做 Paxos 的希腊城邦,这个岛按照议会民主制的政治模式制订法律,但是没有人愿意将自己的全部时间和精力放在这种事情上。所以无论是议员,议长或者传递纸条的服务员都不能承诺别人需要时一定会出现,也无法承诺批准决议或者传递消息的时间。但是这里假设没有拜占庭将军问题(Byzantine failure,即虽然有可能一个消息被传递了两次,但是绝对不会出现错误的消息);只要等待足够的时间,消息就会被传到。另外,Paxos 岛上的议员是不会反对其他议员提出的决议的[1]。

 

 

背景

    Paxos算法莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport,就是 LaTeX 中的"La",此人现在在微软研究院)于1990年提出的一种基于消息传递的一致性算法。由于算法难以理解起初并没有引起人们的重视,使Lamport在八年后重新发表到TOCS上[2]。即便如此paxos算法还是没有得到重视,2001年Lamport用可读性比较强的叙述性语言给出算法描述[3]。可见Lamport对paxos算法情有独钟。近几年paxos算法的普遍使用也证明它在分布式一致性算法中的重要地位。06年google的三篇论文初现“云”的端倪,其中的chubby锁服务使用paxos作为chubby cell中的一致性算法,paxos的人气从此一路狂飙。

 

 

Paxos是什么?

    Paxos 算法是分布式一致性算法用来解决一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致的问题。一个典型的场景是,在一个分布式数据库系统中,如果各节点的初始状态一致,每个节点都执行相同的操作序列,那么他们最后能得到一个一致的状态[1]。为保证每个节点执行相同的命令序列,需要在每一条指令上执行一个"一致性算法"以保证每个节点看到的指令一致。这里想提一下一些中文的paxos算法理解的文章中用分布式系统竞争锁的场景作例子介绍paxos算法的过程,就我个人感觉不是很合适,因为paxos算法是一个较高效的一致性算法,和传统的分布式锁算法还是不太一样的,比如RA算法,它和单机上的加锁解锁有一个最大的共同点就是有很明显的“请求--等待”的过程,而paxos算法每一个实例之间相对独立,选举过程可以平行执行,后发生的实例是可以再先发生的实例之前表决的,并没有明显的“请求--等待”的感觉。在具体的应用时,分布式锁算法更多的是“互斥”的感觉,一致性算法更多的是“同步”的感觉。

 

 

Paxos适合什么场合?

    参考转载的《Paxos算法在大型系统中常见的应用场景》,在chubby中paxos用于保持chubby cell内部所有主机操作序列的一致性,同时也用于选举出chubby cell中的master或者说是leader。

 

 

Paxos的实现?

    chubby中有paxos的具体实现可惜看不到代码,表现形式也不确定,可能是以库的形式提供也可能散布在程序的很多地方。现在手里能拿到的一个是sourceforge上的开源库libpaxos,作者是一位意大利的帅小伙Marco。和Marco交流后发现他对paxos的理解确实挺深的。虽然libpaxos现在还没得到商用,但感觉还是挺有前途的;另一个实现是在北大天网实验室的类chubby实现---debby,是使用ICE现实的,看过之后总觉得有些不太通顺的地方,似乎代码的实现并没有严格遵循paxos算法(很可能是本人水平不足,没看出其中的玄机);还有一个是Diskless Paxos的实现,不使用disk保存状态怎么实现各个角色的“可重启”呢?还没时间研究,应该还是挺有意思的;除了这些,在google code上有paxos的java实现,BerkeleyDB的复制也有使用了paxos算法。在本系列的后续文章中将重点介绍对其中一些实现的理解,以及给libpaxos做跨windows平台移植遇到的问题。

 

 

关于本学习笔记

    Paxos算法学习笔记系列文章记录了本人这半年多对paxos学习和应用的一些理解,因水平有限可能有很多理解上的错误,欢迎大家批评!在此要感谢Marco的帮助,感谢川大智胜胡术老师及其带领的空管部网络组的支持。

 

后续:“分布式一致性Paxos算法学习笔记(二):算法详解”


Reference

[1]维基百科,Paxos算法:http://zh.wikipedia.org/wiki/Paxos算法#.E9.97.AE.E9.A2.98.E5.92.8C.E5.81.87.E8.AE.BE

[2]Lamport, The part-time parliament, ACM Transactions on Computer Systems 16(2):133-169, 1998

[3]Lamport, Paxos made simple, SIGACT News 32(4):18-25, 2001.

 

声明:Paxos算法学习笔记系列是本人原创,转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/ychellboy

posted @ 2009-12-29 09:46  ychellboy  阅读(26159)  评论(4编辑  收藏  举报