2、基本副本协议
副本控制协议指按特定的协议流程控制副本数据的读写行为，使得副本满足一定的可用性和一致性要求的分布式协议。副本控制协议要具有一定的对抗异常状态的容错能力，从而使得具有一定的可用性，同时要能提供一定一致性级别。由CAP原理可知，设计满足强一致性，且出现任何网络异常时都可用的副本协议是不可能的。故需在可用性、一致性与性能等各要素间按照具体需求折中。
副本控制协议可分为两大类：“中心化（centralized）副本控制协议”和“去中心化（decentralized）副本控制协议”
（1）中心化副本控制
l 基本思路：由一个中心节点协调副本数据的更新、维护副本之间的一致性。
l 优点：简单，使得分布式并发（多节点同时修改副本）控制问题，简化为中心节点单机并发控制问题。使用方法：加锁等
l 缺点：系统的可用性依赖于中心化节点，当中心化节点异常或与中心节点通信中断时，系统将失去某些服务，也就是存在一定的停服务时间
（2）primary-secondary协议
也称primary-backup，是一种非常常用的中心化副本控制协议。该协议中副本分两大类，有且仅有一个副本作为primary副本，剩余副本都作为secondary副本。维护primary副本的节点作为中心节点，负责维护数据的更新、并发控制、协调副本的一致性。primary-secondary协议一般要解决四大问题，数据更新流程、数据读取方式、primary副本的确定和切换、数据同步（reconcile）。
（a）数据更新基本流程
1）数据更新都是由primary节点协调完成。
2）外部节点将更新操作发给primary节点
3）primary节点进行并发控制即确定并发更新操作的先后顺序
4）primary节点将更新操作发送给secondary节点
5）primary根据secondary节点的完成情况决定更新是否成功并将结果返回外部节点
上述4步骤，若primary同时发送，则secondary的更新吞吐受primary总网络带宽限制，可改进使用接力方式同步，但由于存在异常，可能更新失败，如何处理来保证一致性？
（b）数据读取方式
与一致性高度有关
若最终一致性，则读取任何副本都可以；若会话一致性，则可为副本设置版本号，每次更新后递增版本号，读取时验证版本号，保证在会话范围内单调递增；实现强一致性困难。下面描述几种实现强一致性思路：
1.primary永远是最新的，故只读primary副本，secondary副本不提供读服务。只要primary副本分散在集群中，即使只有primary副本提供读写服务，也可充分利用集群机器资源。
2.由primary节点控制secondary节点的可用性。当primary更新某个secondary副本不成功时，primary将其标志为不可用。缺点：依赖于一个中心元数据管理系统，用于记录哪些副本可用，哪些不可用。通过降低系统的可用性来提高系统的一致性。
3.基于Quorum机制
（c）primary副本的确定与切换
切换难点：如何确定节点的状态以发现原primary节点异常，方法：基于Lease机制确定节点状态的方法；切换primary后，不能影响副本的一致性。若原primary宕机，如何保证新primary与其一致，方法：基于Quorum机制确定新primary的方法
（d）数据同步
不一致的secondary副本需要与primary进行同步
不一致的形式有三种：
一、由于网络分化等异常，secondary的数据落后于primary的数据；二、secondary的数据可能是脏数据，需要被丢弃(脏数据是由于primary副本没有进行某一更新操作，但secondary副本反而进行的多于的修改操作，造成secondary副本数据错误)；三、secondary是新增副本，无数据，须从其他副本上拷贝数据。
解决方法：
一、回放primary的操作日志（redo日志），追上primary更新进度；二、设计的分布式协议不产生脏数据，或很低概率，一旦发生直接丢弃该副本，或基于undo日志删除脏数据；三、直接拷贝primary副本的数据，但拷贝数据时primary副本需能够继续提供更新服务，要求primary副本支持快照（snapshot）功能。即对某一刻的副本数据形成快照，然后拷贝快照，拷贝完成后使用回访日志的方式追快照形成后的更新操作。
（3）去中心化副本控制协议
l 协议中所有节点完全对等，节点间通过平等协商达到一致。
l 优点：没有因为中心节点异常而带来的停服务等问题，个别节点异常不会对总体造成太大影响
l 缺点：协议过程比较复杂，效率或性能较中心化协议低。
l 工程应用：Paxos是唯一在工程中得到应用的强一致性去中心化副本控制协议。
（4）工程投影
（a）GFS中的Primary-Secondary协议
GFS中primary副本由Master执行，primary副本决定更新顺序。GFS中，更新操作的数据由客户端提交，并在各个副本之间流式传输，副本依次传递更新。该过程由primary控制。
（b）PNUTS中的primary-secondary协议
primary副本负责将更新操作向YMB中提交，当更新记录写入YMB则认为更新成功。YMB是一个分布式消息发布、订阅系统，具有多副本、高可用、跨地域等特性。secondary副本向YMB订阅primary的更新操作，当收到更新操作后，secondary副本更新本地数据。
（c）Niobe中的primary-secondary协议
Niobe协议中，primary信息由GSM模块维护，更新操作由primary副本同步到secondary副本
（d）Dynamo/Cassandra的去中心化副本控制协议
基于一致性哈希的去中心化协议
（e）Chubby/Zookeeper的副本控制协议
使用基于Paxos的去中心化协议选出primary节点，但完成primary节点选举后，再转为中心化的副本控制协议
（f）Megastore的副本控制协议
Megastore中每次数据更新操作都基于一个改进的Paxos协议的实例。
（g）其他系统的副本控制协议
Mola*/Armor* 和 Big Pipe*也都使用了primary-secondary协议控制副本。