备战秋招——算法与数据结构(10)

1.如何理解Paxos算法?

Paxos算法解决的是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是,在一个分布式数据库系统中,如果各个节点的初始状态一致,每个节点执行相同的操作序列,那么他们最后能够得到一个一致的状态。为了保证每个节点执行相同的命令序列,需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。zookeeper使用的zab算法是该算法的一个实现。在Paxos算法中,有三种角色:Proposer (提议),Acceptor(接受者),Learners(记录员)
Proposer提议者:只要Proposer发的提案Propose被半数以上的Acceptor接受,Proposer就认为该提案例的value被选定了。
Acceptor接受者:只要Acceptor接受了某个提案,Acceptor就认为该提案例的value被选定了
Learner记录员:Acceptor告诉Learner哪个value就是提议者的提案被选定,Learner就认为哪个value被选定。
Paxos算法分为两个阶段,具体如下:
阶段一 (准leader 确定 ):
(a) Proposer 选择一个提案编号 N,然后向半数以上的Acceptor 发送编号为 N 的 Prepare 请求。
(b) 如果一个 Acceptor 收到一个编号为 N 的 Prepare 请求,且 N 大于该 Acceptor 已经响应过的所有 Prepare 请求的编号,那么它就会将它已经接受过的编号最大的提案(如果有的话)作为响 应反馈给 Proposer,同时该Acceptor 承诺不再接受任何编号小于 N 的提案。
阶段二 (leader 确认):
(a) 如果 Proposer 收到半数以上 Acceptor 对其发出的编号为 N 的 Prepare 请求的响应,那么它就会发送一个针对[N,V]提案的 Accept 请求给半数以上的 Acceptor。注意:V 就是收到的响应中编号最大的提案的 value ,如果响应中不包含任何提案,那么V 就由 Proposer 自己决定。
(b) 如果 Acceptor 收到一个针对编号为 N 的提案的 Accept 请求,只要该 Acceptor 没有对编号
大于 N 的 Prepare 请求做出过响应,它就接受该提案。

2.如何理解raft算法?

Raft算法包括三种角色:Leader(领导者)、Candidate(候选领导者)和Follower(眼随者),决策前通过选举一个全局的leader来简化后续的决策过程。Leader角色十分关键,决定日志(log)的提交。日志只能由Leader向Follower单向复制。
典型的过程包括以下两个主要阶段:
Leader选举:开始所有节点都是Follower,在随机超时发生后未收到来自Leader或Candidate消息,则转变角色为Candidate,提出选举请求。最近选举阶段(Term)中 得票超过一半者被选为Leader;如果未选出,随机超时后进入新的阶段重试。Leader负责从客户端接收log,并分发到其他节点;
同步日志:Leader会找到系统中日志最新的记录,并强制所有的Follower来刷新到这个记录,数据的同步是单向的。

3.如何理解一致性哈希算法?

简单来说,一致性哈希是将整个哈希值空间组织成一个虚拟的圆环,如假设哈希函数H的值空间为0-2^32-1(哈希值是32位无符号整形),整个哈希空间环如下:
在这里插入图片描述

整个空间按顺时针方向组织,0和2^32-1在零点中方向重合。
接下来,把服务器按照IP或主机名作为关键字进行哈希,这样就能确定其在哈希环的位置。
在这里插入图片描述

然后,我们就可以使用哈希函数H计算值为key的数据在哈希环的具体位置h,根据h确定在环中的具体位置,从此位置沿顺时针滚动,遇到的第一台服务器就是其应该定位到的服务器。
例如我们有A、B、C、D四个数据对象,经过哈希计算后,在环空间上的位置如下:在这里插入图片描述
根据一致性哈希算法,数据A会被定为到Server 1上,数据B被定为到Server 2上,而C、D被定为到Server 3上。

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