分布式系统中的故障模型

在分布式系统的设计中,一个很重要的属性就是容错。要容错那一定要先知道在分布式系统中通常存在哪些错误模型,以及他们之间的关系1

Byzantine or arbitrary failures

拜占庭问题是分布式系统中很难处理的问题。出现该问题的节点进入一种“混乱”的状态,对确定的请求φ,故障节点给一部分请求返回R1,而给另一部分请求返回R2。比如,机器的内存出现了故障,程序从内存对应位置读取KEY的值,一会儿是R1,一会儿是R2,则反应到API上就可能是这种问题。在一个可信的分布式系统中,如果没有特殊需要,我们可以不考虑这种极端场景。如果需要解决该问题,可以采用BFT(Byzantine Fault Tolerance)/Practical Byzantine Fault Tolerance[^2]等共识方法,其能够容忍1/3的节点出现拜占庭问题

Authentification detectable byzantine failures

可检测拜占庭问题是服务进程有时可能会出现拜占庭问题,但是它不会否认自己之前打成的共识。通常是服务进程崩溃后,马上被重新启动时,会出现该问题,因为在崩溃前会根据当前情况响应一些请求,但是崩溃重启后,一些未打成共识的状态可能被丢弃,再次进行响应时,可能会跟崩溃的响应不同。

Performance failures

性能故障比较好理解,就是服务进程做出了正确的响应,但是这个响应在错误的时间抵达(过早或者过晚)。比如网络产生的拥堵、请求重试等。

Omission failures

失效故障性能故障的一个特例,就是对应的服务器的响应可能永远无法到达。比如产生了消息丢失。

Crash failures

崩溃故障就是服务进程停止了任何响应,比如进程崩溃等。

Fail-stop failures

当服务进程进入崩溃故障后,并且能够被别的正常服务进程检测到它的故障,则成它进入到失败停止故障

故障模型指间的关系

在这些故障模型中,拜占庭问题更严重一些,失败停止故障轻微一些。当有拜占庭问题发生时,我们无法分辨出哪些服务进程是正确的,到底发生了什么。如果有服务进程发生了失败停止故障,则其他进程可以清楚的知道它出现了故障。形式上,byzantine failuresauthentification detectable byzantine failuresperformance failuresomission failurescrash failuresfail-stop failures.

在一般的分布式系统中,我们不太需要关注拜占庭问题,应该重点关注performance failuresomission failurescrash failuresfail-stop failures,因为他们更容易出现,也更容易影响我们的系统。

参考

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