2、基本副本協議
副本控制協議指按特定的協議流程控制副本資料的讀寫行為，使得副本滿足一定的可用性和一致性要求的分布式協議。副本控制協議要具有一定的對抗異常狀態的容錯能力，從而使得具有一定的可用性，同時要能提供一定一致性級別。由cap原理可知，設計滿足強一致性，且出現任何網路異常時都可用的副本協議是不可能的。故需在可用性、一致性與效能等各要素間按照具體需求折中。
副本控制協議可分為兩大類：「中心化（centralized）副本控制協議」和「去中心化（decentralized）副本控制協議」
（1）中心化副本控制
l 基本思路：由乙個中心節點協調副本資料的更新、維護副本之間的一致性。
l 優點：簡單，使得分布式併發（多節點同時修改副本）控制問題，簡化為中心節點單機併發控制問題。使用方法：加鎖等
l 缺點：系統的可用性依賴於中心化節點，當中心化節點異常或與中心節點通訊中斷時，系統將失去某些服務，也就是存在一定的停服務時間
（2）primary-secondary協議
也稱primary-backup，是一種非常常用的中心化副本控制協議。該協議中副本分兩大類，有且僅有乙個副本作為primary副本，剩餘副本都作為secondary副本。維護primary副本的節點作為中心節點，負責維護資料的更新、併發控制、協調副本的一致性。primary-secondary協議一般要解決四大問題，資料更新流程、資料讀取方式、primary副本的確定和切換、資料同步（reconcile）。
（a）資料更新基本流程
1）資料更新都是由primary節點協調完成。
2）外部節點將更新操作發給primary節點
3）primary節點進行併發控制即確定併發更新操作的先後順序
4）primary節點將更新操作傳送給secondary節點
5）primary根據secondary節點的完成情況決定更新是否成功並將結果返回外部節點
上述4步驟，若primary同時傳送，則secondary的更新吞吐受primary總網路頻寬限制，可改進使用接力方式同步，但由於存在異常，可能更新失敗，如何處理來保證一致性？
（b）資料讀取方式
與一致性高度有關
若最終一致性，則讀取任何副本都可以；若會話一致性，則可為副本設定版本號，每次更新後遞增版本號，讀取時驗證版本號，保證在會話範圍內單調遞增；實現強一致性困難。下面描述幾種實現強一致性思路：
1.primary永遠是最新的，故唯讀primary副本，secondary副本不提供讀服務。只要primary副本分散在集群中，即使只有primary副本提供讀寫服務，也可充分利用集群機器資源。
2.由primary節點控制secondary節點的可用性。當primary更新某個secondary副本不成功時，primary將其標誌為不可用。缺點：依賴於乙個中心元資料管理系統，用於記錄哪些副本可用，哪些不可用。通過降低系統的可用性來提高系統的一致性。
3.基於quorum機制
（c）primary副本的確定與切換
切換難點：如何確定節點的狀態以發現原primary節點異常，方法：基於lease機制確定節點狀態的方法；切換primary後，不能影響副本的一致性。若原primary宕機，如何保證新primary與其一致，方法：基於quorum機制確定新primary的方法
（d）資料同步
不一致的secondary副本需要與primary進行同步
不一致的形式有三種：
一、由於網路分化等異常，secondary的資料落後於primary的資料；二、secondary的資料可能是髒資料，需要被丟棄(髒資料是由於primary副本沒有進行某一更新操作，但secondary副本反而進行的多於的修改操作，造成secondary副本資料錯誤)；三、secondary是新增副本，無資料，須從其他副本上拷貝資料。
解決方法：
一、回放primary的操作日誌（redo日誌），追上primary更新進度；二、設計的分布式協議不產生髒資料，或很低概率，一旦發生直接丟棄該副本，或基於undo日誌刪除髒資料；三、直接拷貝primary副本的資料，但拷貝資料時primary副本需能夠繼續提供更新服務，要求primary副本支援快照（snapshot）功能。即對某一刻的副本資料形成快照，然後拷貝快照，拷貝完成後使用回訪日誌的方式追快照形成後的更新操作。
（3）去中心化副本控制協議
l 協議中所有節點完全對等，節點間通過平等協商達到一致。
l 優點：沒有因為中心節點異常而帶來的停服務等問題，個別節點異常不會對總體造成太大影響
l 缺點：協議過程比較複雜，效率或效能較中心化協議低。
l 工程應用：paxos是唯一在工程中得到應用的強一致性去中心化副本控制協議。
（4）工程投影
（a）gfs中的primary-secondary協議
gfs中primary副本由master執行，primary副本決定更新順序。gfs中，更新操作的資料由客戶端提交，並在各個副本之間流式傳輸，副本依次傳遞更新。該過程由primary控制。
（b）pnuts中的primary-secondary協議
primary副本負責將更新操作向ymb中提交，當更新記錄寫入ymb則認為更新成功。ymb是乙個分布式訊息發布、訂閱系統，具有多副本、高可用、跨地域等特性。secondary副本向ymb訂閱primary的更新操作，當收到更新操作後，secondary副本更新本地資料。
（c）niobe中的primary-secondary協議
niobe協議中，primary資訊由gsm模組維護，更新操作由primary副本同步到secondary副本
（d）dynamo/cassandra的去中心化副本控制協議
基於一致性雜湊的去中心化協議
（e）chubby/zookeeper的副本控制協議
使用基於paxos的去中心化協議選出primary節點，但完成primary節點擊舉後，再轉為中心化的副本控制協議
（f）megastore的副本控制協議
megastore中每次資料更新操作都基於乙個改進的paxos協議的例項。
（g）其他系統的副本控制協議
mola*/armor* 和 big pipe*也都使用了primary-secondary協議控制副本。
分布式系統原理Day03 基於副本協議
去中心化副本控制協議 副本控制協議要具有一定的對抗異常狀態的容錯能力,從而使得系統具有一定的可用性,同時副本控制協議要能提供一定的一致性級別 根據cap原理,要設計一種滿足強一致性,且出現在任何網路異常時都可用的副本協議是不可能的.因此,實際中的副本協議總是在可用性,一致性與效能等各要素之間按照具體...
分布式系統原理 筆記
資料分布協議 使用維度各有利弊 雜湊 更新起來要成倍遷移 一致性雜湊 環雜湊，易實現負載均衡 資料量 元資料多，類似b樹的中間節點 資料範圍 也是元資訊多 基本副本協議 中心化 primary secondary 中心節點負責維護資料的更新 併發控制 協調副本的一致性 去中心化 乙個節點向另乙個節點...
Raft協議 分布式系統應用
前言 在了解raft之前，我們先了解consensus一致性這個概念，它是指多個伺服器在狀態達成一致，但是在乙個分布式系統中，因為各種意外可能，有的伺服器可能會崩潰或變得不可靠，它就不能和其他伺服器達成一致狀態。這樣就需要一種consensus協議，一致性協議是為了確保容錯性，也就是即使系統中有一兩...