Алгоритм консенсусу Raft — це широко використовуваний метод досягнення узгодженості в розподілених системах. Він забезпечує, щоб кілька серверів (або вузлів) погоджувалися на спільні дані або послідовність дій, навіть за наявності відмов. Уявіть це як спосіб змусити розподілені системи працювати разом, як добре скоординована команда.
Чому нам потрібен Raft?
У розподілених системах вузли часто реплікують дані для забезпечення надійності та відмовостійкості. Однак, забезпечити, щоб усі вузли погоджувалися щодо оновлень цих даних (або журналів), дуже складно, особливо коли виникають відмови. Алгоритм Raft пропонує простий і зрозумілий спосіб вирішення цієї проблеми.
Як працює Raft?
Raft розділяє завдання досягнення консенсусу на три основні частини:
1. Вибори лідера
- У кластері Raft один вузол виступає як Лідер, який приймає всі рішення.
- Інші вузли називаються Послідовниками і просто реплікують рішення Лідера.
- Якщо Лідер виходить з ладу (через збій або проблеми з мережею), кластер вибирає нового Лідера.
Приклад:
Уявіть команду, де одна людина (Лідер) приймає рішення. Якщо Лідер йде, команда голосує, щоб обрати нового Лідера.
2. Реплікація журналу
- Після того, як Лідер обраний, він отримує команди від клієнтів (наприклад, "додати дані").
- Лідер записує команду в свій журнал і просить Послідовників її реплікувати.
- Як тільки більшість Послідовників підтверджує реплікацію, команда вважається підтвердженою.
Приклад:
Менеджер (Лідер) пише завдання на дошці (журнал) і просить команду (Послідовників) переписати його у свої зошити. Завдання є "офіційним" лише після того, як більшість команди погодиться.
3. Безпека та консенсус
- Raft гарантує, що всі підтверджені записи зберігаються, навіть якщо Лідер змінюється.
- Це досягається за допомогою правил, що дозволяють реплікувати та підтверджувати лише узгоджені журнали.
Приклад:
Якщо новий менеджер приєднується до команди, він перевіряє існуючу дошку, щоб переконатися, що всі попередні завдання залишилися цілими, перш ніж призначати нові.
Стани Raft
Кожен вузол у кластері Raft може бути в одному з таких станів:
- Лідер: Обробляє запити від клієнтів та управляє реплікацією журналу.
- Послідовник: Слухає Лідера і реплікує журнали.
- Кандидат: Вузол, який перебуває в процесі виборів Лідера.
Вузли переходять між цими станами під час виборів Лідера або відмов.
Переваги Raft
- Простота: Алгоритм спроектовано таким чином, щоб він був простіший для розуміння порівняно з іншими алгоритмами консенсусу, такими як Paxos.
- Надійність: Забезпечує узгодженість даних і відмовостійкість.
- Масштабованість: Добре працює в розподілених середовищах з кількома вузлами.
Де використовується Raft?
Raft часто реалізується в системах, які вимагають сильної узгодженості. Приклади включають:
- Etcd: Використовується в Kubernetes для зберігання конфігураційних та станових даних.
- Consul: Для розподіленого виявлення служб.
- CockroachDB: Розподілена SQL база даних.
Щоденна аналогія для Raft
Уявіть клас з учителем та учнями:
- Учитель (Лідер) призначає завдання учням (Послідовникам).
- Учні записують завдання, поки учитель диктує.
- Якщо учитель йде, клас голосує, щоб обрати нового учителя (Вибори Лідера).
- Новий учитель перевіряє, щоб усі попередні завдання були узгоджені перед призначенням нових.
Висновок
Raft — це елегантний спосіб забезпечити узгодженість у розподілених системах, навіть в умовах непередбачуваних обставин. Його простота робить його відмінним вибором для підтримки узгодженості в таких розподілених системах, як бази даних, сховища конфігурацій та інструменти для виявлення служб.
Алгоритм консенсусу Raft — це широко використовуваний метод для досягнення узгодженості в розподілених системах. Він гарантує, що кілька серверів (або вузлів) погоджуються щодо спільних даних або послідовності дій, навіть у разі відмов. Уявіть це як спосіб зробити так, щоб розподілені системи працювали разом, як добре скоординована команда.
Чому нам потрібен Raft?
У розподілених системах вузли часто реплікують дані для забезпечення надійності та відмовостійкості. Однак забезпечити, щоб усі вузли погоджувалися на оновлення цих даних (або журналів), дуже складно, особливо коли виникають відмови. Алгоритм Raft пропонує простий і зрозумілий спосіб вирішення цієї проблеми.
Як працює Raft?
Raft розділяє завдання досягнення консенсусу на три основні частини:
1. Вибори лідера
- У кластері Raft один вузол виступає як Лідер, який приймає всі рішення.
- Інші вузли називаються Послідовниками і просто реплікують рішення Лідера.
- Якщо Лідер виходить з ладу (через збій або проблеми з мережею), кластер обирає нового Лідера.
Приклад:
Уявіть команду, де одна людина (Лідер) приймає рішення. Якщо Лідер йде, команда голосує, щоб обрати нового Лідера.
2. Реплікація журналу
- Після того, як Лідер обраний, він отримує команди від клієнтів (наприклад, "додати дані").
- Лідер записує команду в свій журнал і просить Послідовників її реплікувати.
- Як тільки більшість Послідовників підтверджує реплікацію, команда вважається підтвердженою.
Приклад:
Менеджер (Лідер) пише завдання на дошці (журнал) і просить команду (Послідовників) переписати його у свої зошити. Завдання є "офіційним" лише після того, як більшість команди погодиться.
3. Безпека та консенсус
- Raft гарантує, що всі підтверджені записи зберігаються, навіть якщо Лідер змінюється.
- Це досягається за допомогою правил, що дозволяють реплікувати та підтверджувати лише узгоджені журнали.
Приклад:
Якщо новий менеджер приєднується до команди, він перевіряє існуючу дошку, щоб переконатися, що всі попередні завдання залишилися цілими, перш ніж призначати нові.
Стани Raft
Кожен вузол у кластері Raft може перебувати в одному з таких станів:
- Лідер: Обробляє запити від клієнтів та керує реплікацією журналу.
- Послідовник: Слухає Лідера та реплікує журнали.
- Кандидат: Вузол, який перебуває в процесі виборів Лідера.
Вузли переходять між цими станами під час виборів Лідера або відмов.
Переваги Raft
- Простота: Алгоритм спроектовано так, щоб він був простіший для розуміння порівняно з іншими алгоритмами консенсусу, такими як Paxos.
- Надійність: Забезпечує узгодженість даних і відмовостійкість.
- Масштабованість: Добре працює в розподілених середовищах з кількома вузлами.
Де використовується Raft?
Raft часто реалізується в системах, що потребують сильної узгодженості. Приклади:
- Etcd: Використовується в Kubernetes для зберігання конфігураційних та станових даних.
- Consul: Для розподіленого виявлення служб.
- CockroachDB: Розподілена SQL база даних.
Щоденна аналогія для Raft
Уявіть клас з учителем та учнями:
- Учитель (Лідер) призначає завдання учням (Послідовникам).
- Учні записують завдання, поки учитель диктує.
- Якщо учитель йде, клас голосує, щоб обрати нового учителя (Вибори Лідера).
- Новий учитель перевіряє, щоб усі попередні завдання були узгоджені перед призначенням нових.
Висновок
Raft — це елегантний спосіб забезпечити узгодженість у розподілених системах, навіть в умовах непередбачуваних ситуацій. Його простота робить його відмінним вибором для підтримки узгодженості в таких розподілених системах, як бази даних, сховища конфігурацій та інструменти для виявлення служб.
Перекладено з: Understanding the Raft Consensus Algorithm