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作者: Unmesh Joshi

譯者: java達(dá)人

一個單調(diào)遞增的數(shù)字,表示服務(wù)器的generation 。

問題

在領(lǐng)導(dǎo)者和追隨者設(shè)置中,有可能會出現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)者與追隨者暫時斷開聯(lián)系的情況。leader進(jìn)程中可能會出現(xiàn)垃圾收集暫停,或者暫時的網(wǎng)絡(luò)中斷,導(dǎo)致leader和follower之間的連接斷開。在這種情況下,領(lǐng)導(dǎo)者進(jìn)程仍在運行,在暫停或網(wǎng)絡(luò)中斷結(jié)束后,它將嘗試向追隨者發(fā)送復(fù)制請求。這很危險,因為集群的其他部分可能已經(jīng)選擇了新的leader并接受了來自客戶機的請求。對于集群的其他部分來說,檢測來自舊leader的任何請求非常重要。舊的leader本身也應(yīng)該能夠檢測到它暫時與集群斷開了連接,并采取必要的糾正措施放棄領(lǐng)導(dǎo)者身份。

解決方案

Generation Clock模式是Lamport時間戳的一個示例:這是一種簡單的技術(shù),用于確定跨一組進(jìn)程的事件順序,而不依賴于系統(tǒng)時鐘。每個進(jìn)程維護(hù)一個整數(shù)計數(shù)器,該計數(shù)器在該進(jìn)程執(zhí)行每個操作后遞增。每個進(jìn)程還將這個整數(shù)連同進(jìn)程交換的消息一起發(fā)送給其他進(jìn)程。接收消息的進(jìn)程通過獲取自己的計數(shù)器和消息的整數(shù)值之間的最大值來設(shè)置自己的整數(shù)計數(shù)器。這樣,任何進(jìn)程都可以通過比較相關(guān)的整數(shù)來確定哪個操作在另一個操作之前發(fā)生。如果消息在多個進(jìn)程之間交換,也可以對多個進(jìn)程之間的操作進(jìn)行比較。可以這樣比較的行為被稱為“因果關(guān)系”。

維護(hù)一個單調(diào)遞增的數(shù)字表示服務(wù)器的generation 。每次新領(lǐng)導(dǎo)者選舉時,都應(yīng)該以增加一個generation 為標(biāo)志。generation 需要在服務(wù)器重新啟動之后可用,因此它與 Write-Ahead Log中的每個條目一起存儲。正如在High-Water Mark中所討論的,追隨者使用此信息來查找日志中的沖突條目。

在啟動時,服務(wù)器從日志中讀取最近已知generation 。

class ReplicationModule…  this．replicationState = new ReplicationState(config, wal．getLastLogEntryGeneration());

有了領(lǐng)導(dǎo)者和追隨者,服務(wù)器就會在每次有新的領(lǐng)導(dǎo)者選舉時遞增generation 。

class ReplicationModule…  private void startLeaderElection() {      replicationState．setGeneration(replicationState．getGeneration() + 1);      registerSelfVote();      requestVoteFrom(followers);  }

服務(wù)器將生成的generation 作為投票請求的一部分發(fā)送到其他服務(wù)器。這樣,在一個成功的領(lǐng)導(dǎo)者選舉后,所有的服務(wù)器都有相同的generation。一旦領(lǐng)導(dǎo)被選出來,追隨者們就會被告知新generation 的情況

follower (class ReplicationModule．．．)  private void becomeFollower(Long generation) {      replicationState．setGeneration(generation);      transitionTo(ServerRole．FOLLOWING);  }

之后,領(lǐng)導(dǎo)者在發(fā)送給追隨者的每個請求中都包含了generation。它將generation包含在每個心跳消息以及發(fā)送給追隨者的復(fù)制請求中。

Leader在其Write-Ahead Log中保留每一個條目的generation

leader (class ReplicationModule．．．)  Long appendToLocalLog(byte[] data) {      var logEntryId = wal．getLastLogEntryId() + 1;      var logEntry = new WALEntry(logEntryId, data, EntryType．DATA, replicationState．getGeneration());      return wal．writeEntry(logEntry);  }

這樣,作為Leader和follower復(fù)制機制的一部分,它也被持久化到follower日志中

如果一個追隨者從一個被廢棄的領(lǐng)導(dǎo)者那里得到一個信息,這個追隨者可以辨別出來,因為它的generation 太小了。追隨者然后返回一個失敗的響應(yīng)。

follower (class ReplicationModule．．．)  Long currentGeneration = replicationState．getGeneration();  if (currentGeneration > replicationRequest．getGeneration()) {      return new ReplicationResponse(FAILED, serverId(), currentGeneration, wal．getLastLogEntryId());  }

當(dāng)一個領(lǐng)導(dǎo)者得到這樣一個失敗的響應(yīng)時,他就變成了一個跟隨者,并期待來自新領(lǐng)導(dǎo)者的交流。

Old leader (class ReplicationModule．．．)  if (!response．isSucceeded()) {      stepDownIfHigherGenerationResponse(response);      return;  }  
private void stepDownIfHigherGenerationResponse(ReplicationResponse replicationResponse) {      if (replicationResponse．getGeneration() > replicationState．getGeneration()) {          becomeFollower(replicationResponse．getGeneration());      }  }

考慮下面的例子。在三個服務(wù)器集群中,leader1是現(xiàn)有的leader。集群中的所有服務(wù)器的generation都為1。Leader1向追隨者發(fā)送連續(xù)的心跳。Leader1有一個很長的垃圾收集暫停時間,比如5秒。追隨者沒有得到一個心跳,超時后選舉一個新的領(lǐng)導(dǎo)者。新領(lǐng)導(dǎo)者將generation增加到2。垃圾收集暫停結(jié)束后,leader1繼續(xù)向其他服務(wù)器發(fā)送請求。generation為2的追隨者和新領(lǐng)導(dǎo)者拒絕請求,并發(fā)送失敗響應(yīng),帶上generation2。leader1處理失敗響應(yīng),并回退做一個跟隨者,generation 更新為2。

例子

Raft Raft使用Term的概念來標(biāo)記leader generation。

Zab 在Zookeeper中,epoch號作為每個事務(wù)id的一部分進(jìn)行維護(hù)。因此,在Zookeeper中持久化的每個事務(wù)都有一個以epoch標(biāo)記的generation。

Cassandra 在Cassandra中,每個服務(wù)器存儲一個generation編號,該編號在服務(wù)器每次重啟時遞增。generation信息保存在系統(tǒng)密鑰空間中,并作為gossip消息的一部分傳播到其他服務(wù)器。接收到gossip消息的服務(wù)器可以比較它所知道的generation值和gossip消息中的generation值。如果gossip消息中的generation值較高,則知道服務(wù)器已重啟,然后丟棄為該服務(wù)器維護(hù)的所有狀態(tài),并請求新的狀態(tài)。

Kafka中的Epoch 在Kafka中,每次為Kafka集群選擇一個新控制器時,都會創(chuàng)建一個epoch數(shù)并存儲在Zookeeper中。epoch包含在從控制器發(fā)送到集群中其他服務(wù)器的每個請求中。另一個稱為LeaderEpoch的epoch被維護(hù),以了解追隨者分區(qū)High-Water Mark是否落后。