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[信息技术] Replica Set 选举过程

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发表于 2012-9-18 12:59:07 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    在MongoDB中,为了提高系统的可用性(availability)和数据的安全性,每一个shard被存储多份,每个备份所在的servers,组成了一个replica set。1 F9 f8 `  y1 |) y
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   这个replica set包括一个primary DB和多个secondary DBs。Primary DB由replica set中的所有servers,共同选举产生。当这个primaryDB server出错的时候,可以从replica set中重新选举一个新的primaryDB,从而避免了单点故障。
% [( F! b, G$ K$ C' r  d6 R# y1 J' F7 L2 M
    因此,了解replica set的运行机制,首先就要了解,在replica set中,primary是如何被选举出来的。) [5 G$ ]6 Z! y! F! @
) _9 P7 }; x# _; V
    假设我们的replica set有三个节点:X,Y和Z。这三个节点每2秒会各自向其它两个节点发送一个心跳检测请求。比如X节点向Y和Z节点各发送了一个心跳检测请求,在正常情况下,Y、Z会做出回复,这个回复包含了Y和Z的自身信息,这个信息主要包括:它们现在是什么角色(primary 还是 secondary),他们是否能够成为 primary,他们当前时钟时间等等。# b" {! R, e# G  t: O7 m

! B# `8 H  Y; f) {    X节点在收到回复后,会更新自己的一个状态映射表,更新的内容包括:是否有新的节点加入或有老的节点宕机了,这个请求的网络传输时间等等。
2 X% _" V% u0 e
- B7 H) R/ @9 g& \    这个时候,如果X的映射表发生了变化,X会进行如下一些判断:如果X是 primary,而replica set中的某个节点出现了故障,X要确认它是否可以和replica set中的大多数节点通信,如果不能与大多数节点通信,那么存在如下两种可能,一种是绝大多数的servers都出现了故障,比如宕机了;另外一种,就是replica set中网络断开,形成多个节点集群,每个集群都不知道自己被孤立了,这种情况下,每个节点集群,都会选出自己的primary,从而导致整个replica set中,出现数据不一致。为了防止第二种情况的出现,一旦X发现自己不能与大多数节点通信,那么它会把自己从 primary 降级为 secondary。! z$ E; T7 ]! m1 t3 O0 R
% [5 F; X. z; N2 B4 o
降级
  R6 K1 g, X- u" }+ A  K% G6 _. D+ N( v7 D) }# v7 O
    在 MongoDB 中,写操作默认是 fire-and-forget 模式,也就是说执行写操作的时候不关心是否写入成功,用户发完写操作的请求后,就认为操作成功了。: n! R& i) B; `& c( E+ S6 D" G! w
" o2 t7 B- u' ^
    在X节点从 primary 降级为 secondary 的时候,会存在一些问题:如果用户正在执行fire-and-forget 模式下的写操作,这个时候 primary 降级了,但是用户并不知道primary 已经降级成为 secondary 了,继续不停的发送写操作请求给这个primary节点。这个刚刚从primary降级为 secondary 的节点,本来可以发送一个信息给用户,“我是secondary,不能执行写操作了”,但是由于当前的写操作是在fire-and-forget 模式下,用户不会接收回复消息,所以用户不知道这次写入已经失败了。
3 b" p- u2 u3 T* o
( Z4 M0 J  E/ \8 ?" U    你可能会说,“那我们使用安全写入不就行了”,安全写入意思是说等待服务器返回成功后用户才认为写成功了,但是这对写操作的性能是有损失的。
) f+ w- k. I' E# `8 Y' a
8 J& M6 z. A6 c    所以,在一个 primary 降级成为 secondary 后,它会将和用户之间的所有连接关闭,这样用户在下一次写入的时候就会出现 socket 错误。而客户端在发现这个错误之后,就会重新向replica set获取新的 primary 的地址,并将后续的写操作都往新的primary上写入。, R$ s% k  E5 Q  M' o: \" U

/ ^2 A3 M' o% t7 b8 Y  Z- l选举
) Y& z# V+ P9 n9 M8 ^$ ]5 ?( F& j' _. a7 {- ?; q1 u8 M8 w
    我们回头再来看心跳检测:如果X是一个 secondary节点,就算X上的状态映射表没有发生变化, X也会定时向replica set中的其他节点发消息,检测是否需要选举自己成为 primary。检测的内容包括:replica set集群中,是否有其它节点认为自己是 primary?X节点自己是否已经是 primary?X节点是不是没有资格被选举为 primary?如果以上问题中的任何一个回答是否定的,X节点就不会把自己变成primary,然后隔一段时间继续向replica set中的其他节点发消息,检测上述问题。6 {6 c0 b: U$ {9 x: u

) t" i+ ]. {- r3 O, {& }6 V" V    当确实需要选举一个primary时,X就会发起选举的第一个步骤,X节点会向Y、Z节点发出一条消息,“我想竞选primary,你们觉得怎么样?”
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/ X8 \: S) X! k( {0 ~$ O    当Y和Z收到X发送的消息时,它们会进行下面几项检测:Y和Z是否已经知道replica set集群中有一个 primary了?Y和Z自己的数据是否比X节点的数据更新?Y和Z是否知道有其它节点的数据比X节点的数据更新?如果每一项检测都不满足,就说明X最适合作为primary,Y和Z暂时回复一条消息,“继续进行”。如果Y和Z发现上述的问题,有任何一条满足,就说明X不能作为primary,它们会回复“停止选举。”
% Z% b' s; z9 ?2 m* e% @8 o8 V1 I1 d! z7 t
    X从Y和Z收到的回复消息,如果其中任何一个节点发送的是“停止选举”,那么X会立刻取消选举,继续作为secondary节点运行。, X/ S5 Y8 A! a! }7 j- D( O

) R0 @. ~& u1 ?$ ~* \! e; L    X从Y和Z收到的回复消息,如果全都是“继续进行”,X就会进入选举的第二阶段(也是最后一个阶段)。/ ^4 m" M; u5 T3 H9 K" @

1 \( o- |$ |: n# Q6 r7 Z, ~4 \( T    在第二阶段中,X向其它节点发送一条消息,“我正式宣布我当选了,已经是primary了”,这时,Y和Z节点会进行最后一轮确认:之前验证过的所有条件现在还成立么?如果确实如此,Y和Z节点投出赞成票,允许X当选为primary,同时X得到了election lock。Election lock会限制Y和Z在30秒内不会再做其它投票决定。
  B9 O+ S; Y6 H" Y9 U/ p
1 Z# w# h, g& a5 Q& b    如果Y或者Z节点的最后一轮确认没有通过,它们会投一个否决票。只要有一个否决票,选举就失败了。
+ q7 A  K" W% O/ l
: d: k9 ]& I+ Z3 ^, t* I7 K  f    假设Y赞成X成为primary,但是Z投了否决票,那么X就不能当选为primary了。这时,如果Z想发起选举,选自己担任primary,那么Z就必须获得X的赞成票才可以当选。Z必须获得X的赞成票的原因是,Y给X投了赞成票之后,得到了election lock,因此,30秒内Y不能再为其他选举投票了,也就是说30秒内不能为Z发起的选举进行投票。这时,只剩下X能为Z的选举请求进行投票了。
4 Q2 u0 A+ y) N' |/ g  E) P
# ^" d+ W  D" y* O( l    所以投票的规则是这样的:如果没有人投否决票,并且选举对象获得的赞成票超过半数,那么选举对象就能够成为 primary。0 J9 b2 ^  m! p8 s

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% y3 O; p( p4 P$ Z% x. {8 NReference,: p5 e! G7 J7 o7 @0 ?! z4 P
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[0] Replica Set Internals Bootcamp: Part I – Elections9 l9 n* \: O( l
http://www.kchodorow.com/blog/20 ... p-part-i-elections/
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