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paxos算法如何容错的--讲述五虎将的实践(转)

 
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(本文包括章节:1、由来,2、算法简单回顾,3、演习道具,4、演习,5、算法提出者Leslie的八卦。hoho)

1、由来:

刘备接受了诸葛亮的提议,决定将paxos算法的思想应用到蜀帝国的决策机制上。然而,玄德生性谨慎,决定先行试点,实践下可行性。孔明提议,由蜀国五大肌肉男:关羽、张飞、赵云、马超、黄忠,做为决策者,而廖化、周仓、魏延分别无序的提出关于同一件事的水火不容的三个提案,孔明坚信:即使脑残者使用了paxos算法,也不会出现冲突的政令不一情况。paxos算法理论以及刘备是怎么被孔明忽悠的部分,同学们可以参考上篇《paxos分布式一致性算法--讲述诸葛亮的反穿越》:http://blog.csdn.net/russell_tao/article/details/7244530

 

闲话少叙,书接上文。

为了少打点字,刘备与诸葛亮俩玻璃不再以对话形式出现了。他们设置了五个官署(五虎将办公地,相当于Server),三个提案点(周仓等三人,发起提案时的办公地。相当于Client),当然都不在一起,信使们从提案点到官署传递信息的话,正常情况下需要半个小时,也就是30分钟。这次演习,哥俩不关注学习情况,所以paxos第三段就不在演习内容里了。诸葛亮为廖化、周他、魏延对于事件e准备了三个自相矛盾的提案,我们分别用p1、p2和p3代替吧。先行说明提案:

 

事件e(也就是本次paxos实例):蜀国今后的发展路线

提案p1:学习红色锤子镰刀,走激进主义,一切发展按照计划进行,小民们凭票消费,银子多了也没用,集中力量办大事,崇尚国家垄断主义。

提案p2:学习自由联盟,走自由主义,宁失去效率也不失去公正,发展民营经济为先,民主、法制、新闻自由,通过这种公正来激发社会的整体创造力。

提案p3:坚持孔孟之道,走保守主义,兼顾黄老之学,坚信中学为体、西学为用,国体不可大改,走有大汉国情的老路让别人说去吧。

 

2、算法简单回顾

我们再简单回顾下提案者和作为决策者的五虎将行动准则,共有六步,书记官(暂让五虎将兼职)负责记录下通过的提案p(通过了就叫法令了),这样,我们用1a,1b,2a,2b,3a,3c来表述全部的六步。(这六步就是三段式提交了,这在上篇《paxos分布式一致性算法--讲述诸葛亮的反穿越》里讲过,不再复述。)

魏延、廖化、周仓:

1a,作为提案者,首先向刘备要到个编号,搞清楚自己对事件e的态度。记录下当前时间,接下来向五虎将的多数派(3个或以上)发送事件+编号。

2a,此时开始处理五虎将的回应,这就有多种情况了。收到明确拒绝就得放弃!检查沙漏,如果到达时间限制了,还没有足够的多数派回应,那么就试着给五虎将的其他人再发送提案看看。如果收到了足够的五虎将里多数派的回应,那么,确定在2a这步里,如果要提案,到底提哪个提议?是自己现在要提的提案?

3a,提案者如果收到足够的五虎将多数派回应通过,则记录提案为通过的政策法令,同时通知所有书记官,也就是兼职的五虎将,把法令记录到羊皮纸上来。

五虎将:

1b,作为决策者,也需要沙漏,主要用于2b步骤后批准政策法令后,给自己设定个超时时间,若第三步信使没有过来,则超时后自动把提案变成政策法令记录到羊皮纸上。1b这个步骤是收到了信使的消息,来自于1a步骤里的提案者。收到事件e和编号N。五虎将这时将有可能出现三个动作:拒绝、通过以及第三个复杂点的动作,虽然通过但告诉魏延廖化,哥曾经批准过某提案了。(三种条件的达成请参考上篇文章《paxos分布式一致性算法--讲述诸葛亮的反穿越》)

2b,与1b步骤相同,唯一不一样的是,如果决定批准某个提案,必须先把该提案和编号记录到羊皮纸的背面。(羊皮纸的详细用途参见演习前提)

3b,记录法案到羊皮纸的正面上。(本步骤不在下面演习中出现)

 

3、演习道具

先解释下我们用到的道具吧。

羊皮纸(相当于硬盘):其正面记录真正通过的法令,背面相当于永久有效的草纸,背面记录一个三元组(S,V,Sh),S表示上次批准的提案编号,V表示上次批准的提案,Sh表示处理过的最大提案编号。(羊皮纸丢掉后的效果在演习结束后说明)

草纸:与羊皮纸背面相同,记录三元组。唯一不同的是,草纸容易丢失。

沙漏:记录时间。我们简单的认为,任何两个地方一次通讯时间为30分钟。所以,如果我们从提案者那出发,信使到五虎将再回来,我们认为一个小时足矣(忽略五虎将或者提案者的处理时间)。

 

下面的演习中,只有消息的丢失,实际上对于消息的重发和延迟,也不会有任何问题。只是对五虎将的缺席,需要做说明。如果五虎将的羊皮纸丢失,是不能直接再次加入进五人决策团的,必须学习到最新的状态。没丢羊皮纸,则可以随时加入进来。

书记官记录法令中的不一致情况这里不加讨论。

 

为了方便在图表中表示,我们先给五虎将五个字母编号:关羽a,张飞b,赵云c,马超d,黄忠e。

三种颜色表示不同的提案者:黄色表示廖化,蓝色表示周仓,红色表示魏延。

 

下面这幅图,表示不同的时间点,五虎将和三个提案者当时的状态。

->表示第一步预提案。包括1a和1b两步。

-->表示第二步提交提案,包括2a和2b。

五虎将记录的(s,v,sh)表示的三元组上面讲过了。法令项下面对应的是提案者魏、廖、周三人的状态。(wait)表示刚发出提案,1小时内等待返回呢。

e is drop表示发送给e黄忠的提案消息丢失了。

好了,可以往下看了。

 

4、演习

先放图,解释在下面。

 

详细说明上图:

8:30分上班了,红色周仓同学首先向关羽、赵云、黄忠三人发出了提案p1,编号为100,周仓开始等返回,预计9:30分时能收到三位的返回。我们假定,发给黄忠的信使出门就被孔明的跑车撞了。孔明闯祸后老实了,以下,不再出现信使失误事件了。

8:40分,崇尚民主的廖化同学向关羽、张飞、黄忠三人发出了编号为101的提案p2,预计9:40分收到返回的信使。

8:50分,喜欢孔孟的魏延同学向赵云、马超、黄忠三人发出了编号为110(魏延就是搞到大编号了啊)的提案p3,预计9:50收到返回的信使。

9:00整,周仓的提案p1到了关羽、赵云手里(黄忠没收到),两人无条件接受,记录(100,p1,100),承诺编号低于100的提案我可不会再处理了,然后两个信使开始返回。

9:10分,廖化编号为101的提案p2到了关羽、张飞、黄忠之手,张飞、黄忠哥俩从没收过事件e的提案,毫无疑问记为(101,p2,101),让信使回复接受。关羽则不然,红脸兄在10分钟前收到了周仓的编号为100的p1提案。所以,按规则办,关羽改自己的记录为(100,p1,101),让信使给廖化回复:你的编号101比较大,我同意你继续,不过我之前同意过一个编号为100的提案p1,请注意哦。

9:20分,魏延的p3提案到了赵云、马超、黄忠三人之手,马超第一次收到提案,记为(110,p3,110),回复批准。赵云和黄忠则不同,赵云收到过周仓的p1提案,这时要比提案编号了,魏延的110大于周仓的100,于是赵云记为(100,p1,110),告诉信使:我通过了,我承诺编号小于110的我不会处理,同时,我曾经批准过编号为100的提案p1。同理,黄忠记为(101,p2,110),也告诉信使:我曾经批准过编号为101的提案p2。

9:30分,周仓同学检测返回的信使了,关羽和赵云都返回批准,但是黄忠没有返回。因为必须N/2+1,也就是大多数人批准才行,所以,周仓向张飞发出提案p1。

9:40分,廖化收到了来自关羽、张飞、黄忠的回复,三人皆表示同意,但关羽表示:关某曾收到过编号100的p1提案。所以按照规则,廖化此时不能坚持自己原来的提案p2,而要改成关羽返回的提案p1,然后发起提交皆段,同样是让信使带给关羽、张飞、黄忠三人,我们用->>(a,b,e)表示。

9:50分,魏延收到了赵云、马超、黄忠三人在9:20分的答复,三人都同意了,但回答各不相同。马超没有多话,赵云说我曾收到过编号为100的p1提案,黄忠说我曾经收到过编号为101的p2提案。于是,魏延根据规则,不再提自己原来的p3提案,改为101编号对应的提案p2。接着,魏延开始向这三人发出提交请求,编号为110的提案p2。

10:00整,张飞收到了9:30分周仓补发的编号为100的提案p1,这之前,张飞在9:10分时曾经批准过来自廖化的提案p2,编号是101。所以,张飞在9:10时就已经承诺了,以后决不再处理编号小于101的提案。于是,张飞大吼一声:我拒绝。当然信使将会在10:30才能把消息带给周仓。

10:10分,关羽、张飞、黄忠收到了来自廖化于9:40分发出的(101,p1)提案,关羽和张飞都发现自己可以批准,记录到羊皮纸的背面,同时告诉信使:告诉廖化P1提案我批准了,我承诺编号小于101的提案不予理会。黄忠则不然,老将黄忠在9:20分时收到过魏延编号为110的提案,那时他批准了,意味着,所有小于110的提案他都会拒绝掉。这次廖化的提案才101,当然被拒绝掉了。三人的回复将于10:40会到达廖化处。

10:20分,魏延编号为110的P2提案到达赵云、马超、黄忠,三人没有疑问,毕竟110编号最大,都表示批准,并记录(110,p2,110)到各自的羊皮纸背面,回复信使通过。

10:30分,周仓收到了他在9:30分发给张飞的回复,张飞在10:00拒绝了,所以周仓这个提案就此作废。

10:40分,廖化收到了10:10来自关羽、张飞、黄忠的回复,关张二人批准,然而老黄忠明确表示拒绝,于是这次编号101的提案作废。

10:50分,魏延收到了赵云、马超、黄忠的回复,三人都表示批准,于是编号为110的提案p2最终作为法令记录下来(之后的3b学习过程略过),从此以后,蜀国的路线被确立为走民主路线,许多年后,蜀国统一了银河系。完。

 

以上任何步骤,大家可以任意制造难度,例如让同一个信使重复投递消息,或者延迟一天后消息到达某虎将处。或者让某个虎将正常如厕,而后正常归来。大家会发现,一致性是可以达到的,无论怎样,对于同一个事件e,互相冲突的三个法案:p1,p1,p3,一定只有一个可以达成。

对于任一虎将兄的挂掉,我们要分情况。如果是去大便,那么他的羊皮纸是不能丢的。大便完了,可以正常回到自己的官署办公。但是如果把羊皮纸丢了,那就不能立刻加入,必须向所有其他人学习,把失落的过程都学到,才能正常加入。这点至关重要,就是说,只要硬盘不坏,随时SERVER重启都能加入。硬盘一坏,对不起,学习完了才能继续办公。

 

5、后记---Leslie的八卦:

paxos算法是解决分布式服务数据一致性的终极算法,google的基础服务chubby(GFS的基础服务)的开发者说, “there is only one consensus(一致性) protocol, and that’s Paxos”。Microsoft有fast paxos论文,yahoo的zookeeper也用了paxos算法。可见,paxos是解决完全的分布式服务(无单点)间数据一致性的最好方法。但是paxos比较复杂,特别是网上的中文资料里少有能说得清楚的(主要是太多paxos变种算法了,掺合到一起搅得人头大),例如中文wiki上的paxos解释,光看这个是不可能搞懂paxos的。

 

paxos算法由Leslie Lamport在1990年提出,毫无疑问,paxos想解决的就是分布式环境下(server会挂掉,通讯协议不可靠,消息可能延迟、丢失、重发)如何保持数据一致性的问题。Leslie Lamport同学在1982年提出的“拜占庭将军”问题上尝到了甜头,这也是个分布式环境下的一致性问题,Leslie通过类比的方式,伪造了“拜占庭将军”历史,通过这种简单的类比成功的简化了复杂的分布式环境,效果非常好。于是在1990年Leslie同样用类比的方式提出了paxos算法,该问题跟“拜占庭将军”问题的区别是,“拜占庭将军”允许有叛徒,也就是允许伪造消息(默许被黑客攻击),而paxos则不允许消息被伪造。

Leslie很有幽默感的把论文写成一个考古发现,至始至终都在虚构他的“考古发现”。他说在考古中发现了失落的文明:希腊的paxos小岛。这里的议员通过邮递员传递消息,议会中一个议员提出法案,多数议员批准后法案获得通过。当然无论议员还是邮递员,都是兼职的,他们不可靠,随时可能走人,呵,典型的分布式环境,server可以挂,消息可以丢。Leslie根据考古文献反推出了paxos议会如何搞定法案一致性的问题。

发表论文时,Leslie一直用这种语气在写论文,于是《ACM Transactions on Computer Systems》编辑们认为太荒诞了,不能从头到尾虚构故事吧?毕竟是严谨的科学杂志,于是打回。Leslie同学身为牛人,坚持自己的看法,同时认为编辑们没有幽默感,拒绝修改。时间流逝,一晃九年过去,九年后有团队根据该论文开发出一个paxos实现,终于,编辑们低头了,允许发布Leslie的论文,但还是加了段编者著,在其中表示Leslie其实是个热爱计算机技术的考古学家!也算稍事解嘲。

 

写这两篇文章,我也试了下借喻的手段,用我们熟悉的三国人物,看看能否讲清楚paxos。其实paxos的算法本身算不得很复杂,但如果想讲清楚在各种异常情形下paxos算法的表现,给大家带来的明确的直观感受:paxos确实能解决一致性问题,这就不容易了。所以篇幅所限,只写了丢失一个消息的情况。不过大家如果从头看到这,应该可以简单的任意推导出其他异常吧?

 

最后,上面说的只是算法机制,如果需要了解现有的各种产品实现,最方便的还是看zookeeper源码,毕竟是开源的,例如去:http://zookeeper.apache.org/doc/r3.3.2/zookeeperOver.html,可以看下概述。淘宝开发团队有许多关于zookeeper实现的文章,到网上搜下就能看到。

对google的chubby实现,因为不是开源的,只有篇论文可以看:http://static.googleusercontent.com/external_content/untrusted_dlcp/research.google.com/zh-CN/us/archive/chubby-osdi06.pdf

 

 

转自:http://blog.csdn.net/russell_tao/article/details/7238783 

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    Java经典面试笔试题及答案

    内容概要:本文档《Java经典面试笔试题及答案.docx》涵盖了广泛的Java基础知识和技术要点,通过一系列面试题的形式,深入浅出地讲解了Java的核心概念。文档内容包括但不限于:变量的声明与定义、对象序列化、值传递与引用传递、接口与抽象类的区别、继承的意义、方法重载的优势、集合框架的结构、异常处理机制、线程同步、泛型的应用、多态的概念、输入输出流的使用、JVM的工作原理等。此外,还涉及了诸如线程、GUI事件处理、类与接口的设计原则等高级主题。文档不仅解释了各个知识点的基本概念,还提供了实际应用场景中的注意事项和最佳实践。 适合人群:具备一定Java编程基础的学习者或开发者,特别是准备参加Java相关岗位面试的求职者。 使用场景及目标:①帮助读者巩固Java基础知识,提升对Java核心技术的理解;②为面试做准备,提供常见面试题及其详细解答;③指导开发者在实际项目中应用Java的最佳实践,优化代码质量和性能。 其他说明:文档内容详实,涵盖了Java开发中的多个方面,从基础语法到高级特性均有涉及。建议读者在学习过程中结合实际编程练习,加深对各个知识点的理解和掌握。同时,对于复杂的概念和技术,可以通过查阅官方文档或参考书籍进一步学习。

    MATLAB深度学习代码生成实践:图像分类、车辆检测与车道线识别的C++部署

    内容概要:本文详细介绍了如何利用MATLAB将预训练的深度学习模型(如ResNet50、YOLOv2和LaneNet)转化为高效的C++代码,并部署到嵌入式系统中。首先,通过ResNet50展示了图像分类任务的代码生成流程,强调了输入图像的预处理和归一化步骤。接着,YOLOv2用于车辆检测,讨论了anchor box的可视化及其优化方法,特别是在Jetson Nano平台上实现了显著的速度提升。最后,LaneNet应用于车道线识别,探讨了实例分割和聚类算法的实现细节,以及如何通过OpenMP和CUDA进行性能优化。文中还提供了多个实用技巧,如选择合适的编译器版本、处理自定义层和支持动态输入等。 适合人群:具有一定MATLAB和深度学习基础的研发人员,尤其是关注嵌入式系统和高性能计算的应用开发者。 使用场景及目标:适用于希望将深度学习模型高效部署到嵌入式设备的研究人员和工程师。主要目标是提高模型推理速度、降低内存占用,并确保代码的可移植性和易维护性。 其他说明:文中不仅提供了详细的代码示例和技术细节,还分享了许多实践经验,帮助读者避免常见的陷阱。此外,还提到了一些高级优化技巧,如SIMD指令集应用和内存管理策略,进一步提升了生成代码的性能。

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