Chubby

Chubby

Google Chubby是一个分布式锁服务，Chubby底层一致性实现就是以Paxos为基础的。

概述

Chubby是一个面向松耦合分布式系统的锁服务，通常用于为一个由大量小型计算机构成的松耦合分布式系统提供高可用的锁服务。一个分布式锁服务的目的是允许他的客户端进程同步彼此的操作，并对当前所处环境的基本状态信息达成一致。

应用场景

最典型的场景是进行服务器的Master选举。GFS使用Chubby来实现对GFS Master服务器的选举。

设计目标

Chubby并没有设计成Paxos算法协议库，而是设计成一个需要访问中心化节点的分布式锁服务。这样做有如下四个好处：

1、对上层应用的侵入性更小

2、便于提供数据的发布和订阅

3、开发人员对基于锁的接口更加熟悉

4、更便捷的构建可靠服务

系统结构

一个典型的Chubby集群，或者叫Chubby cell，通常由5台服务器组成。这些副本服务器采用Paxos协议，通过投票方式决定一个服务器作为Master。一旦一个服务器成为Master，Chubby会保证一段时间其他服务器不会成为Master，这段时间被成为租期。在运行过程中，Master服务器会不断续租，如果Master服务器发生故障，余下的服务器会选举新的Master产生新的Master服务器。

在实际运行中，只有Master服务器才能对数据进行写操作，其他服务器使用Paxos协议从Master服务器上同步数据库数据的更新。

Chubby客户端会向所有服务器轮询该服务器是否为Master服务器，在询问过程，那些非Master服务器会将Master服务器标识反馈给客户端(存储小数据)，可以非常快的定位到Master。

客户端定位到Master后，所有的请求都会发到Master上，针对写请求，Chubby Master会采用一致性协议将其广播到所有副本服务器，并且在过半机器接受请求后，再响应客户端。对于读请求，Master服务器单独处理即可。

在Chubby运行过程中，Master服务器会周期性轮询DNS列表，会很快感知到服务器地址变更。集群内部其他副本服务器通过复制获得最新服务器地址列表。

目录与文件

Chubby提供类似Unix文件的接口。典型节点路径：ls/foo/path/node。

锁与锁序列器

在分布式系统中，由于网络的不确定性，锁是一个非常复杂的问题。在Chubby中，任意一个数据节点都可以充当一个读写锁来使用，Chubby舍弃了严格的强制锁，客户端可以在没有任何锁的情况下访问Chubby的文件。

在Chubby中，主要采用锁延迟和锁系列器两种策略来解决以上提出的锁问题。

Chubby中的事件通知机制

为了避免大量客户端轮询服务器带来的压力，Chubby提供了事件通知机制。Chubby客户端可以向Chubby注册事件通知，当触发了这些事件后服务端就会向客户端发送事件通知。

Chubby中的缓存

Chubby在客户端中实现了缓存，并且通过租期机制保证缓存的强一致性。

会话和会话激活

客户端和Chubby通过TCP连接建立会话，并且通过心跳来保持会话激活。

Paxos协议的实现

Chubby服务器的基本架构大致分三层：

1、最底层是容错日志系统，通过Paxos协议保证集群上的日志完全一致。

2、日志之上是KV类型的容错数据库，通过下层的日志来保证一致性和容错性。

3、最上层是对外提供的分布式锁服务和小文件存储服务。