維護(hù)較小的集群可提供更強(qiáng)的一致性,以允許大型數(shù)據(jù)集群協(xié)調(diào)服務(wù)器活動(dòng),而無(wú)需實(shí)現(xiàn)基于 quorum 的算法。

問(wèn)題

線性化是最強(qiáng)的一致性保證,可以保證所有客戶端都能看到最新提交的數(shù)據(jù)更新。提供線性化以及容錯(cuò)功能需要在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)共識(shí)算法,例如 Raft,Zab 或Paxos。

盡管共識(shí)算法是實(shí)現(xiàn) Consistent Core 的基本要求,但客戶端交互的各個(gè)方面(例如客戶端如何找到leader,重復(fù)請(qǐng)求的處理方式等)都是重要的實(shí)現(xiàn)決策。關(guān)于安全性和活躍性,還有一些重要的實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)。Paxos 僅定義共識(shí)算法,但是 Paxos 文獻(xiàn)中沒(méi)有很好地記錄其他實(shí)現(xiàn)方面的內(nèi)容。Raft非常清楚地記錄了各種實(shí)現(xiàn)方面以及參考實(shí)現(xiàn),因此是當(dāng)今使用最廣泛的算法。

當(dāng)集群需要處理大量數(shù)據(jù)時(shí),它需要越來(lái)越多的服務(wù)器。對(duì)于服務(wù)器集群,存在一些共同的要求,例如選擇特定的服務(wù)器作為特定任務(wù)的 master ,管理組成員信息,將數(shù)據(jù)分區(qū)映射到服務(wù)器等。這些要求需要強(qiáng)大的一致性保證,即線性化 。實(shí)現(xiàn)也必須是容錯(cuò)的。一種常見的方法是使用基于 Quorum 的容錯(cuò)共識(shí)算法。但是在基于 Quorum 的系統(tǒng)中,吞吐量會(huì)隨著集群的大小而降低。

解決方案

實(shí)現(xiàn)一個(gè)較小的3到5個(gè)節(jié)點(diǎn)的集群,該集群可提供線性化保證和容錯(cuò)能力。單獨(dú)的數(shù)據(jù)集群可以使用小型一致性集群來(lái)管理元數(shù)據(jù),并使用諸如 Lease 之類的機(jī)制來(lái)進(jìn)行集群范圍的決策。這樣,數(shù)據(jù)集群可以擴(kuò)展大量的服務(wù)器,但是仍然可以使用較小的元數(shù)據(jù)集群執(zhí)行某些需要強(qiáng)一致性保證的操作。

Figure 1: Consistent Core
一個(gè)典型的consistent core接口是這樣的:

public interface ConsistentCore {
   CompletableFuture put(String key, String value);
   List

Consistent Core至少提供了一種簡(jiǎn)單的鍵值存儲(chǔ)機(jī)制。它用于存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

使用諸如Raft之類的共識(shí)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)。它是“Replicated Write Ahead Log”實(shí)現(xiàn)的示例,其中復(fù)制由Leader and Followers處理,High-Water Mark用于跟蹤通過(guò)Quorum進(jìn)行的成功復(fù)制。

支持分層存儲(chǔ)

Consistent Core通常用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù),例如:組成員身份或跨服務(wù)器的任務(wù)分配。一種常見的使用模式是使用前綴來(lái)限制元數(shù)據(jù)的類型。例如 對(duì)于組成員身份,keys 將全部存儲(chǔ)為/servers/ 1,server/2等。對(duì)于分配給服務(wù)器的任務(wù),keys可以為/tasks/task1,/tasks/task2。通常使用特定前綴讀取所有鍵數(shù)據(jù)。例如,要獲取有關(guān)集群中所有服務(wù)器的信息,將讀取所有帶有前綴/servers 的 keys。

用法示例如下:
服務(wù)器可以通過(guò)使用前綴/servers 創(chuàng)建自己的 key 來(lái)向 Consistent Core 注冊(cè)自己。

client1．setValue("/servers/1", "{address:192．168．199．10, port:8000}");
client2．setValue("/servers/2", "{address:192．168．199．11, port:8000}");
client3．setValue("/servers/3", "{address:192．168．199．12, port:8000}");

然后,客戶端可以通過(guò)讀取key前綴 /servers 來(lái)了解集群中的所有服務(wù)器,如下所示:

assertEquals(client1．getValue("/servers"), Arrays．a(chǎn)sList("{address:192．168．199．12, port:8000}",
                                                           "{address:192．168．199．11, port:8000}",
                                                           "{address:192．168．199．10, port:8000}"));

由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的這種分層性質(zhì),[zookeeper],[chubby]之類的產(chǎn)品提供了類似于接口的文件系統(tǒng),用戶可以在其中創(chuàng)建具有父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)概念的目錄、文件或節(jié)點(diǎn)。[etcd3]具有扁平化的鍵空間,可以獲取一系列鍵。

處理客戶端交互

Consistent Core功能的關(guān)鍵要求之一是客戶端如何與 Consistent Core 交互。以下方面對(duì)于客戶端使用 Consistent Core至關(guān)重要。