分布式系统中的 lease(租约)机制

编:lease还是非常容易理解的一个概念,但是为了不全知识地图,还是有必要写一下。

简介

lease(租约)机制在分布式系统中有着广泛的应用,比如:选举、分布式锁、维护缓存一致性等。其本质上是一种协调机制,使得在分布式环境中,让不同进程之间产生一种同步语义。

lease(租约)就是一种合约,各个参与者授予获得lease(租约)的实例在一段“期限”内拥有“特权”。在这个“期限”内,各个参与者都承认其“特权”。如果要延续这个期限,就需要“续约”。维持这个“期限”是否过期的判断条件可以是物理时钟、逻辑时钟也可以是版本号等信息,但是手段通常是“心跳”。“特权”的具体内容通常是软件逻辑预设好的,比如拥有写操作、成为主节点、持有某个资源等

其组织结构可以是参与者之间直接连通,也可以通过一个“协调者”。

容错能力

由于lease(租约)拥有“期限”,可以非常好的容错网络异常。当“租期”内网络出现分区、异常,在“租期”内仍然不会影响进程的正常工作,只是不能进行“续租”而已,如果网络能在“租期”耗尽前恢复,则不会产生任何异常。

由于lease(租约)能够自动释放,可以很好的容错宕机问题,当获得lease(租约)的节点宕机后,“租期”耗尽时,自动释放,使得其他节点能够重新获取lease(租约)

但是lease(租约)不能容忍拜占庭式故障1,根据上面的组织结构,如果获得lease(租约)的节点为拜占庭节点,会使得各个节点间数据产生不一致的情况。

时间流逝速度问题

多数lease(租约)的实现都是基于时间的,我们需要假设各个节点上时间流逝速度是相同的,或者时间漂移的范围是有界的并且在计算“租期”时考虑上这个漂移上界。在现实的半同步网络2中,这一点很容易得到保证。

参数平衡

lease(租约)相关的参数有很多,多数没有什么规定,主要根据业务场景进行一些平衡。

  • “租期”的长短。通常情况下都选取比较短的“租期”。如果获得“租约”的节点宕机时,“租期”较短时,能够快速使其他节点获得“租期”,使得失效时间很短。但是越短的“租期”,造成的“续约”成本更高。不过通常不太需要考虑“续约”的成本。
  • 何时进行“续租”。在“租期”到达前多久开始“续租”,要考虑通讯耗时、不同节点间的时钟漂移等。

实践

Fault-tolerant and decentralized lease coordination for distributed systems讲解了一种基于PAXSO算法的,时钟漂移有上界的部分同步网络lease(租约)算法。

参考

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