• raft协议中的日志安全性


    1.日志安全性问题

    日志安全性是指,
    新选出的leader必须包含所有已提交的日志项,已经提交的日志不能因为leader变化被覆盖。

    在raft日志复制过程中,follower为了保持与leader一致性,follower的日志可能会被覆盖。

    raft是如何保证日志安全性的?

    raft有以下几点规则:

    • leader只能日志追加日志,不能覆盖日志。
    • 只有leader的日志项才能被提交,follower不能接收写请求和提交日志。
    • 只有已经提交的日志项,才能被应用到状态机中。
    • 选举时限制新leader日志包含所有已提交日志项。

    2.选举限制

    选举时,新leader必须包含所有已提交commited的日志项。

    commited是指当leader 复制日志时,如果可以复制到多数节点,那么这个日志被任务是提交的(commited)。

    例如,如果集群有3个节点,就是至少已经复制到2个节点。

    raft中判断两个节点,哪个节点拥有最新日志的方式是比较日志项的term和index:

    如果term不同,选择term最大的。

    如果term相同,选择index最大的。

    3.当前term的日志提交

    Leader 通过复制日志项到过半数节点来确认当前任期内的日志项提交成功。

    新的leader必须包含已经提交的日志。

    如图所示,5个节点的集群中,S1是term 2的leader。
    在这里插入图片描述

    日志项1、2已复制到所有节点,是commited。

    日志项3已复制到4个节点,是commited。

    日志项4已复制到3个节点,是commited。

    如果在将日志项4复制到S3之后,leader宕机,此时进入leader选举。

    那么,由于S4, S5日志项不是最新的,不能成为term3 的leader。

    新leader会在S2, S3中诞生。

    4.上个term的日志提交

    首先试想这样一种场景:
    在这里插入图片描述

    在一个5节点集群中,term2时,S1是leader,此时日志项3已复制到S2,并且在复制到S3之前,S1宕机。

    接着,S5发起投票,可以得到自己以及S3、S4的超过半数的投票,而成为leader。
    即S5成为term3 的leader。

    S5在term 3 内 提交日志项3、4、5,但都未能复制到其他节点,就宕机了。

    这时,S1发起选举,S1可以得到自己、S2、S3、S4的投票,S1又成为 term 4的leader。

    接着S1将日志项3复制到S3。此时日志项3已复制到超过半数节点。

    S1在term4,只在本地提交了日志项4,接着宕机。

    此时,S5发起投票,可以得到自己以及S2、S3、S4的投票。

    S5成为term 5的leader,就会将S1、S2、S3的日志项覆盖掉。

    也就是说,虽然日志项3被复制到了超过半数节点,是commited的日志,也有可能被覆盖掉。

    如何解决这个问题呢?

    为了解决这个问题,raft在日志项提交上增加了限制
    ,在提交之前term的日志项时,必须保证当前term新建的日志项已经复制到超过半数节点。这样,之前term的日志项才算真正提交的。

    实际上,只有日志项4提交后,日志项3才是真正提交的。
    即S1 成为term4 leader后,提交日志项4。
    如图所示,
    在这里插入图片描述

    因为一旦日志项4提交后,S5就不可能成为term 5的leader,就不会出现日志被覆盖的情况。

    5.参考

    raft 论文

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