paxos

paxos协议

paxos一致性协议的目的是在分布式系统中的节点能够就一个值达成一致。paxos将节点分为三个角色：proposer、accepter和learner。proposer主要负责提出提案，accepter负责接受提案，而learner负责向accepter学习已接受的提案。每个节点可能扮演proposer、accepter或者learner中的一个或者多个角色。一个提案由编号$n$和提案值$v$组成：$(n,v)$。提案编号是在整个系统中自增的值。

协议过程

paxos协议的流程可以概括为：

准备阶段

当proposer收到客户端发送的提案值v时，使用自己保存的提案编号$n$构成提案$n+1,v$。之后proposer开始向accepter发送prepare请求以确保：

• 要求accepter作出不会再接收编号小于$n+1$的提案的承诺；
• 如果存在的话，其接受的小于$n+1$的编号最大的提案的值。

accepter维护其作出承诺的做大提案编号$n_{maxp}$和接受提案的最大编号$n_{maxa}$和值$v_{maxn}$。如果$n+1>n_{maxp}$则accepter答复该prepare请求并回之以$(n_{maxa},v_{maxn})$，其他情况则不回复；

接受阶段

当proposer收到来自集群中大多数节点的承诺之后，其通过accept请求尝试提交提案，而提案的值变成了作出承诺的accepter中接受过的提案中的最大提案编号。即$v_p=\max v_{maxn}^i,i\in C$，其中$C$为所有作出承诺的accepter。如果没有accepter之前接受过提案，则proposer使用原来的值$v$。

当accepter收到来自proposer的accepter请求的时候，判断其提案编号是否是自己承诺过的提案编号；是则回复接受，否则不回复该请求。

学习过程

有几种方法：

1. 每当accepter接受新的提案，就将提案发送给learner；这要求每个accepter对每个learner作出响应；
2. accepter向特定的一个learner发送接受的值，由该learner通知其他learner接受值；
3. accepter向特定的一组learner发送接受的值，当learner收到填的时候即通知其他learner。

实现状态机

前述过程存在一些问题。
问题1： 假设proposer p和proposer q同时提交提案，p提交提案$(n_p,v_p)$，而q提交提案$(n_q,v_q)$。首先p完成了准备阶段，q在p之后完成了准备阶段，因而$n_q>n+p$。此时p在完成接收阶段时其提案不会被任何一个accepter接收，因为accepter已经承诺接收q的提案了，所以p将其提案编号增加到$n_q+1$并重新提交，完成准备阶段后q进行接收阶段，然而q的值不会被接受，因而q增大其提案编号继续提交…以上情景构成了一个死循环。

问题1的解决方法是通过选主机制选择一个leader作为唯一的proposer，处理并提交客户端请求。选主可以通过其他方式，如随机化或者超时来实现。

状态机的实现过程：
假设新的leader有1~136，139号提案，其从137开始提交新的提案。在提交137号提案时，可以通过prepare过程知道accepter已经存在的137号提案的值，138号提案类似；当提交140号提案时，就可以处理客户端请求的值了。