Консенсус в распределённой системе
| Определение: |
Задача консенсуса: есть N процессов, у каждого есть некие данные — предложение (proposal), они должны выполнить некоторый распределённый алгоритм и прийти к решению (decision). Требуется:
|
Также можно требовать завершение (termination): протокол должен завершиться за конечное время.
Предложение/решение может быть битом, числом, чем-нибудь ещё — это всё друг к другу сводится. Доказательств не было, они очень технические, есть в толстенной книжке Линча. Но нужно примерно понимание, как сводить консенсус на бите к консенсусу на чём-нибудь сложном.
Можно ещё требовать обоснованный консенсус: это когда принятое решение должно совпадать с одним из исходных предложений. Необоснованный консенсус к обоснованному тоже сводится: сначала выбираем лидера (см. ниже), а потом лидер делает обоснованный выбор (если возникают потери сообщений или падения, то всё тухло). Формальное доказательство, опять же, опущено.
Содержание
Способы решения
При отсутствии отказов
Сведения
Выбор лидера
Задачи: $n$ процессам требуется за конечное выбрать лидера, при этом все должны прийти к решению, кто именно лидер. Обычно это часть другого алгоритма. Эквивалентно консенсусу (технические подробности доказательств оставлены за кадром).
Сведение: если у нас есть выбор лидера, то консенсус получить легко: выбрали лидера, лидер зафорсировал своё предложение.
Сведение: если у нас есть необоснованный консенсус на битах, то из него можно сделать необоснованный консенсус на натуральных числах от 1 до $n$ (запустив несколько раз алгоритм) и так выбрать номер процесса-лидера.
Замечание: лидер в процессе выборов может упасть, но мы от этого никак не защитимся: нельзя гарантировать состояние системы "сейчас", лидер может с таким же успехом упасть сразу после выборов. Поэтому если лидер падает, то в дальнейшем алгоритме надо это как-то обнаруживать и обрабатывать.
Terminating Reliable Broadcast (TRB)
Один процесс шлёт сообщения всем остальным. Но в отличие от обычного broadcast есть гарантия, что либо все получат и обработают сообщение, либо никто не обработает. А с обычным broadcast часть процессов может упасть и не обработать. Алгоритм должен завершиться за конечное время.
Пример: в обычном broadcast посылающий может упасть в процессе broadcast, тогда часть получателей получит и обработает, а часть даже не узнает. И у получателей нет способа убедиться, что остальные тоже получили сообщение.
На лекции было сказано, что консенсус эквивалентен TRB, а технические детали опущены. Английская Википедия не согласна ("RB is closely related, but not identical, to the fundamental distributed computing problem of consensus."[1]).
Сведение: если есть консенсус, то можно сделать обоснованный консенсус из двух вариантов: "обрабатываем сообщение такое-то" и "не обрабатываем вообще". Тут, строго говоря, нужно ещё накладывать условия вроде "если хотя бы один не обработал, то никто не обработал".
Сведение: если есть TRB, то эмулируем централизованный алгоритм: каждый процесс делает TRB своего предложения, в конце все процессы получили одинаковое множество предложений, выбрали из них одно детерминированной функцией.