raft协议中的日志安全性

柔光的暖阳◎ 2022-12-18 05:56 141阅读 0赞

### 目录 ###

*  1.日志安全性问题
 *  2.选举限制
 *  3.当前term的日志提交
 *  4.上个term的日志提交
 *  5.参考

# 1.日志安全性问题 #

日志安全性是指，  
新选出的leader必须包含所有已提交的日志项，已经提交的日志不能因为leader变化被覆盖。

在raft日志复制过程中，follower为了保持与leader一致性，follower的日志可能会被覆盖。

raft是如何保证日志安全性的？

raft有以下几点规则：

*  leader只能日志追加日志，不能覆盖日志。
 *  只有leader的日志项才能被提交，follower不能接收写请求和提交日志。
 *  只有已经提交的日志项，才能被应用到状态机中。
 *  选举时限制新leader日志包含所有已提交日志项。

# 2.选举限制 #

选举时，新leader必须包含所有已提交`commited`的日志项。

`commited`是指当leader 复制日志时，如果可以复制到多数节点，那么这个日志被任务是提交的(commited)。

例如，如果集群有3个节点，就是至少已经复制到2个节点。

raft中判断两个节点，哪个节点拥有最新日志的方式是比较日志项的term和index：

如果term不同，选择term最大的。

如果term相同，选择index最大的。

# 3.当前term的日志提交 #

Leader 通过复制日志项到过半数节点来确认当前任期内的日志项提交成功。

新的leader必须包含已经提交的日志。

如图所示，5个节点的集群中，S1是term 2的leader。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

日志项1、2已复制到所有节点，是commited。

日志项3已复制到4个节点，是commited。

日志项4已复制到3个节点，是commited。

如果在将日志项4复制到S3之后，leader宕机，此时进入leader选举。

那么，由于S4, S5日志项不是最新的，不能成为term3 的leader。

新leader会在S2, S3中诞生。

# 4.上个term的日志提交 #

首先试想这样一种场景：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

在一个5节点集群中，term2时，S1是leader，此时日志项3已复制到S2，并且在复制到S3之前，S1宕机。

接着，S5发起投票，可以得到自己以及S3、S4的超过半数的投票，而成为leader。  
即S5成为term3 的leader。

S5在term 3 内 提交日志项3、4、5，但都未能复制到其他节点，就宕机了。

这时，S1发起选举，S1可以得到自己、S2、S3、S4的投票，S1又成为 term 4的leader。

接着S1将日志项3复制到S3。此时日志项3已复制到超过半数节点。

S1在term4，只在本地提交了日志项4，接着宕机。

此时，S5发起投票，可以得到自己以及S2、S3、S4的投票。

S5成为term 5的leader，就会将S1、S2、S3的日志项覆盖掉。

也就是说，虽然日志项3被复制到了超过半数节点，是commited的日志，也有可能被覆盖掉。

如何解决这个问题呢？

为了解决这个问题，raft在日志项提交上增加了限制  
，在提交之前term的日志项时，必须保证当前term新建的日志项已经复制到超过半数节点。这样，之前term的日志项才算真正提交的。

实际上，只有日志项4提交后，日志项3才是真正提交的。  
即S1 成为term4 leader后，提交日志项4。  
如图所示，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

因为一旦日志项4提交后，S5就不可能成为term 5的leader，就不会出现日志被覆盖的情况。

# 5.参考 #

[raft 论文][raft]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221122/5d094d71298f45668da5dddeb0076b9d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221122/ccaff675a1ca4e939b75a0725a177dbb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhbnlhbmcxMjM0NTY_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221122/02d655f7cc6541f79222fe2193ccbf55.png
[raft]: https://github.com/maemual/raft-zh_cn