【转载】两军问题与Paxos算法 & 动画讲解Paxos算法

时间:2022-10-09 15:57:33

http://harry.me/blog/2014/12/27/neat-algorithms-paxos/

这篇文章里面有用JS写的Paxos过程,有助理解。但是没怎么仔细看,没时间。

这篇文章用两军问题来讨论Paxos,也很有意思:

http://iunknown.iteye.com/blog/2246484

在计算机通信理论中,有一个著名的两军问题(two-army problem),讲述通信的双方通过ACK来达成共识,永远会有一个在途的ACK需要进行确认,因此无法达成共识。

(注意:两军问题是无解的。Paxos只是达成共识,涉及ack和行动,仍然是无解)

两军问题和Basic Paxos非常相似

1) 通信的各方需要达成共识;

2) 通信的各方仅需要达成一个共识;

3) 假设的前提是信道不稳定,有丢包、延迟或者重放,但消息不会被篡改。

为了配合Basic Paxos的多数派概念,把两军改为3军;同时假设了将军和参谋的角色。

假设的3军问题

1) 1支红军在山谷里扎营,在周围的山坡上驻扎着3支蓝军;
2) 红军比任意1支蓝军都要强大;如果1支蓝军单独作战,红军胜;如果2支或以上蓝军同时进攻,蓝军胜;
3) 三支蓝军需要同步他们的进攻时间;但他们惟一的通信媒介是派通信兵步行进入山谷,在那里他们可能被俘虏,从而将信息丢失;或者为了避免被俘虏,
可能在山谷停留很长时间;
4) 每支军队有1个参谋负责提议进攻时间;每支军队也有1个将军批准参谋提出的进攻时间;很明显,1个参谋提出的进攻时间需要获得至少2个将军的批准才有意义;
5) 问题:是否存在一个协议,能够使得蓝军同步他们的进攻时间?

演绎BasicPaxos

1) 参谋以两阶段提交(prepare/commit)的方式来发起提议,在prepare阶段需要给出一个编号;
2) 在prepare阶段产生冲突,将军以编号大小来裁决,编号大的参谋胜出;
3) 参谋在prepare阶段如果收到了将军返回的已接受进攻时间,在commit阶段必须使用这个返回的进攻时间;

两个参谋先后提议的场景

【转载】两军问题与Paxos算法 & 动画讲解Paxos算法

两个参谋交叉提议的场景

【转载】两军问题与Paxos算法 & 动画讲解Paxos算法

小结

BasicPaxos算法难理解,除了讲故事的背景不熟悉之外,还有以下几点:

1) 参与的各方并不是要针锋相对,拼个你死我活;而是要合作共赢,最终达成一个共识;当大家讲起投票的时候,往往第一反应是要针锋相对,没想到是要合作共赢;
很明显可以想到,在第二个场景下,如果参谋1为了逞英雄,强行要提交他提出的进攻时间1,那么最终是无法达成一个共识的。
2) 常规的通信协议设计,对于写操作,通常都是只返回成功和失败的状态,不会返回更多的东西;
但BasicPaxos的prepare和commit,将军除了返回成功还是失败的状态之外,还会把之前已经发生的一些状态带回给参谋,这个和常规的通信协议是不同的;
3) 在两军问题的背景下,其实知道进攻时间被至少2个将军接受的是参谋,而不是将军;在“两个参谋交叉提议的场景”下,
当参谋1没有做第2次prepare之前,将军1记录的其实是一个错误的进攻时间;理论上来说,任何一个将军在任何一个时刻都无法判断自己不是处在将军1的场景下;
因此BasicPaxos在3个蓝军组成的系统中达成了一个共识,但并没有为每个将军明确了共识;
4) 本文的两个场景都以“两个参谋”来讲,这里的“两个参谋”可能是真的两个不同的参谋,也可能是同一个参谋因为某种原因先后做了多次提议;
对应分布式系统的场景包括如下:
a) 真的有两个并发的client
b) 两个client一先一后;第一个client执行到某个步骤因为某种原因停止了;过了一段时间,另外一个client接着操作同一个数据
c) 同一个client重试;第一次执行到某一步骤因为某种原因停止了,立即或者稍后进行了重试

后记

原文也参考了我上面一篇文章参考的文章:

Paxos算法细节详解(一)--通过现实世界描述算法

http://www.cnblogs.com/endsock/p/3480093.html

Question: The Two Generals’ Problem of reaching consensus on when to attack is unsolvable, how come it’s possible to have consensus with Paxos?

http://bogdan.pistol.gg/2014/10/20/paxos-algorithm-explained-part-2-insights/#q7

paxos最终仍然无法解决两军问题,即使是扩展到3军也是无法解决的。在3军背景下,按paxos算法的定义,最后是达成了一个共同的进攻时间,3军中的任何一方都可以通过paxos算法读取出这个进攻时间。

但3军怎么知道在什么时候去读取、其他人是否已经读取,这是一个和两军问题同样的问题;同时由于通信兵可能无限延迟,可能部分蓝军在进攻时间之前读取到了,部分蓝军可能在进攻时间之后才读取到,所以两军最终还是无解的。

第二篇参考文章中也详细描述了这些问题。所以写paxos和两军问题,不是说paxos解决了两军问题,只是借用两军问题的背景来演绎paxos。