`
lt200819
  • 浏览: 187457 次
  • 性别: Icon_minigender_1
  • 来自: 北京
社区版块
存档分类
最新评论

两阶段提交协议(two phase commit protocol,2PC)

 
阅读更多

两阶段提交协议(two phase commit protocol,2PC)可以保证数据的强一致性,许多分布式关系型数据管理系统采用此协议来完成分布式事务。它是协调所有分布式原子事务参与者,并决定提交或取消(回滚)的分布式算法。同时也是解决一致性问题的一致性算法。该算法能够解决很多的临时性系统故障(包括进程、网络节点、通信等故障),被广泛地使用。但是,它并不能够通过配置来解决所有的故障,在某些情况下它还需要人为的参与才能解决问题。参与者为了能够从故障中恢复,它们都使用日志来记录协议的状态,虽然使用日志降低了性能但是节点能够从故障中恢复。

在两阶段提交协议中,系统一般包含两类机器(或节点):一类为协调者(coordinator),通常一个系统中只有一个;另一类为事务参与者(participants,cohorts或workers),一般包含多个,在数据存储系统中可以理解为数据副本的个数。协议中假设每个节点都会记录写前日志(write-ahead log)并持久性存储,即使节点发生故障日志也不会丢失。协议中同时假设节点不会发生永久性故障而且任意两个节点都可以互相通信。

当事务的最后一步完成之后,协调器执行协议,参与者根据本地事务能够成功完成回复同意提交事务或者回滚事务。

顾名思义,两阶段提交协议由两个阶段组成。在正常的执行下,这两个阶段的执行过程如下所述:

阶段1:请求阶段(commit-request phase,或称表决阶段,voting phase)

在请求阶段,协调者将通知事务参与者准备提交或取消事务,然后进入表决过程。在表决过程中,参与者将告知协调者自己的决策:同意(事务参与者本地作业执行成功)或取消(本地作业执行故障)。

阶段2:提交阶段(commit phase)

在该阶段,协调者将基于第一个阶段的投票结果进行决策:提交或取消。当且仅当所有的参与者同意提交事务协调者才通知所有的参与者提交事务,否则协调者将通知所有的参与者取消事务。参与者在接收到协调者发来的消息后将执行响应的操作。

 

注意  两阶段提交协议与两阶段锁协议不同,两阶段锁协议为一致性控制协议。

 

该协议的执行过程可以通过下图X-X来描述:

               (a)成功                                   (b)失败

图X-X:两阶段提交

 

两阶段提交协议最大的劣势是其通过阻塞完成的协议,在节点等待消息的时候处于阻塞状态,节点中其他进程则需要等待阻塞进程释放资源才能使用。如果协调器发生了故障,那么参与者将无法完成事务则一直等待下去。以下情况可能会导致节点发生永久阻塞:

如果参与者发送同意提交消息给协调者,进程将阻塞直至收到协调器的提交或回滚的消息。如果协调器发生永久故障,参与者将一直等待,这里可以采用备份的协调器,所有参与者将回复发给备份协调器,由它承担协调器的功能。

如果协调器发送“请求提交”消息给参与者,它将被阻塞直到所有参与者回复了,如果某个参与者发生永久故障,那么协调器也不会一直阻塞,因为协调器在某一时间内还未收到某参与者的消息,那么它将通知其他参与者回滚事务。

同时两阶段提交协议没有容错机制,一个节点发生故障整个事务都要回滚,代价比较大。

下面我们通过一个例子来说明两阶段提交协议的工作过程:

A组织B、C和D三个人去爬长城:如果所有人都同意去爬长城,那么活动将举行;如果有一人不同意去爬长城,那么活动将取消。用2PC算法解决该问题的过程如下:

首先A将成为该活动的协调者,B、C和D将成为该活动的参与者。

阶段1:

A发邮件给B、C和D,提出下周三去爬山,问是否同意。那么此时A需要等待B、C和D的邮件。

B、C和D分别查看自己的日程安排表。B、C发现自己在当日没有活动安排,则发邮件告诉A它们同意下周三去爬长城。由于某种原因,D白天没有查看邮件。那么此时A、B和C均需要等待。到晚上的时候,D发现了A的邮件,然后查看日程安排,发现周三当天已经有别的安排,那么D回复A说活动取消吧。

阶段2:

此时A收到了所有活动参与者的邮件,并且A发现D下周三不能去爬山。那么A将发邮件通知B、C和D,下周三爬长城活动取消。

此时B、C回复A“太可惜了”,D回复A“不好意思”。至此该事务终止。

 

通过该例子可以发现,2PC协议存在明显的问题。假如D一直不能回复邮件,那么A、B和C将不得不处于一直等待的状态。并且B和C所持有的资源,即下周三不能安排其它活动,一直不能释放。其它等待该资源释放的活动也将不得不处于等待状态。

基于此,后来有人提出了三阶段提交协议,在其中引入超时的机制,将阶段1分解为两个阶段:在超时发生以前,系统处于不确定阶段;在超市发生以后,系统则转入确定阶段。

2PC协议包含协调者和参与者,并且二者都有发生问题的可能性。假如协调者发生问题,我们可以选出另一个协调者来提交事务。例如,班长组织活动,如果班长生病了,我们可以请副班长来组织。如果协调者出问题,那么事务将不会取消。例如,班级活动希望每个人都能去,假如有一位同学不能去了,那么直接取消活动即可。或者,如果大多数人去的话那么活动如期举行(2PC变种)。为了能够更好地解决实际的问题,2PC协议存在很多的变种,例如:树形2PC协议(或称递归2PC协议)、动态2阶段提交协议(D2PC)等。

 

参考文献:

维基百科:http://en.wikipedia.org/wiki/Two-phase_commit_protocol

两阶段提交协议与三阶段提交协议之比较:http://my.oschina.net/digerl/blog/34139

NoSQL数据库笔谈:http://sebug.net/paper/databases/nosql/Nosql.html#_08464202471077442_91161458194

分享到:
评论

相关推荐

    1-2PC-The-one-two-phase-atomic-commit-protocol.pdf

    1-2PC the one-two phase atomic commit protocol; 1-2PC the one-two phase atomic commit protocol 1-2PC the one-two phase atomic commit protocol

    Jim Gray数据库操作系统注意事项2PC

    两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol)是分布式系统中广泛使用的协调机制,用于确保所有参与者在分布式事务中要么全部提交事务,要么全部回滚,以保持数据的一致性。以下是2PC的主要步骤: 1. **准备阶段**...

    分布式事务分类,xa,at,tcc,sega

    **2PC**(Two-Phase Commit Protocol)是一种经典的分布式事务协议,主要用于数据库层面的分布式事务场景。它包括以下角色和步骤: - **角色**: - **事务协调者**(Coordinator):负责向参与者发送指令,收集...

    数据库并发控制技术论文

    **两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol)**是一种用于分布式事务处理的技术,其核心目标是确保所有参与分布式事务的节点都能在同一时刻提交或回滚事务,从而保持数据的一致性。2PC主要分为两个阶段: 1. **...

    Replicated-Key-Value-Store-for-the-TCP-Protocol:使用两阶段提交算法构建TCP客户端服务器以支持复制

    两阶段提交(Two-Phase Commit,2PC)是一种分布式协调协议,常用于分布式事务处理,确保所有参与者要么全部完成事务,要么全部不完成。在这个上下文中,TCP客户端和服务器通过2PC协议来协同工作,保证在多个副本...

    基于MySQL和PHP的分布式事务处理.pdf

    其中最著名的是两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol, 2PC),它包含以下两个阶段: 1. **准备阶段**:事务管理器询问所有资源管理器是否准备好提交事务。如果所有的资源管理器都同意,则进入下一阶段;如果...

    龙果学院--微服务架构的分布式事务解决方案--第03节--常用的分布式事务解决方案介绍

    两阶段提交协议(Two-phase commit protocol)是XA协议中用于协调多个资源的机制。TM和RM之间通过两阶段提交的方案来解决一致性问题。具体过程如下: - 第一阶段(准备阶段):协调者向所有参与者发送“准备”请求,...

    面向内存数据网格的分布式事务保障机制.pdf

    为了确保分布式事务的一致性,采用了“两阶段提交协议”(Two-phase Commit Protocol, 2PC),这是一种经典的分布式事务协议,用以保证在分布式系统中事务的原子性。 此外,文章还标准化了客户端和服务器之间的应用...

    分布式存储数据一致性研究.pdf

    为了实现强一致性,通常会采用二阶段提交协议(Two-phase Commit Protocol),这是一种分布式事务处理协议,能够确保在多节点间的数据一致性。该协议分为两个阶段:准备阶段(准备所有参与者是否准备好提交事务)和...

    Raft及在NewSQL中的应用.pptx

    两阶段提交(Two-Phase Commit Protocol)常用于协调分布式事务,以确保所有参与节点要么都提交事务,要么都回滚。在NewSQL架构中,这种协议可以与Raft相结合,以保证事务的原子性和一致性。 总结来说,Raft算法...

    面向大数据分析的分布式文件系统关键技术.pdf

    其关键技术包括基于目录分片(directory sharding)和一致性哈希(consistent hashing)的命名空间管理,以解决元数据扩展问题,并通过修改的两阶段提交协议(two-phase commit protocol)提供分布式事务的元数据...

    惠普 HP笔试题/口试题

    7. 2 阶段加锁协议与 2 阶段提交协议:2PC (Two-Phase Locking) 用于并发控制,确保数据一致性,先锁定所需资源,再执行操作,最后解锁。2PC (Two-Phase Commit) 用于分布式事务,决定所有参与者是否都提交或回滚...

    paris-0218-2pac-client

    1. **Two-Phase Commit Protocol (2PC)**:2PC是一种分布式事务处理中的共识算法,它分为准备阶段和提交阶段,确保所有参与者都同意提交或回滚事务,以保证数据的一致性。 2. **Promise**:在JavaScript中,2PC的...

    微软同步框架

    框架内置了多种先进的同步算法,如两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol)、乐观锁和悲观锁机制,以及基于时间戳的版本控制策略。这些算法旨在优化同步效率,减少网络负载,并确保在复杂环境中数据的一致性和...

    Distributed Transaction Processing-The XA+ Specification Version 2

    全局事务的管理通常涉及两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol),以确保所有参与者达成一致。 ##### 3.5 事务分支(Transaction Branches) 事务分支指的是全局事务中的局部事务。每个资源管理器上的操作被...

    深入理解Raft及在NewSQL中的使用

    - **两阶段提交协议(Two-Phase Commit Protocol)**:这是一种经典的分布式事务处理方法,通过准备和提交两个阶段来保证分布式系统的一致性。 - **全局时间戳(Global Timestamp)**:通过为每个事务分配一个全局唯一的...

    WS-Coordination.pdf

    - **两阶段提交协议(Two-Phase Commit, 2PC)**:用于确保所有参与者都同意提交或回滚事务。 **4. 安全性和隐私** - **安全通信**:通过使用加密技术和数字签名等手段保护数据的安全传输。 - **身份验证**:确保参与...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics