分布式系统原理_分布式系统原理 刘杰_分布式系统原理与范型

一，租约机制介绍

在分布式系统中，往往会有一个中心服务器节点。该节点负责存储、维护系统中的元数据。如果系统中的各种操作都依赖于中心服务器上的元数据，那么中心服务器很容易成为性能瓶颈及存在单点故障。而通过租约机制，可以将中心服务器的“权力”下放给其他机器，就可以减轻中心服务器的压力。当然，租约机制还有许多其他的用途：比如，确定集群中结点的状态，还可以实现分布式下的读写锁……

如下图，GFS master颁发租约给某个chunk server，让它成为Primary 副本，当有多个client并发更新数据块时，由Primary副本确定并发更新该数据块的顺序。GFS master 将权力下放给 chunk server，缓解了一定的压力。

当然，也可以将中心服务器（元数据服务器）设计成集群的形式。这样，也避免了中心服务器成为瓶颈问题。比如，消息服务器：RocketMQ。其中生产者和消费者都需要NameServer来确定订阅关系，将NameServer做成无状态的集群，这里就不需要租约机制了。

对于租约而言，就有发布租约方 和 接收租约方。租约规定的内容可以多种多样（这也是租约具有各种应用场景的原因）。发布租约方一般为上面提到的中心服务器，中心服务器保证在租约的有效期内承诺租约规定的内容的保持不变。分布式系统原理 刘杰

比如，分布式缓存系统，元数据服务器(中心服务器)给各个Client发布租约，承诺在租约有效期内不会更改元数据。这样，各个Client只要检查它的租约未过期，就可以直接从本地读取缓存的元数据，而不是每次都访问元数据服务器获得元数据。

二，租约机制分析

①租约机制保证缓存的一致性

服务器发出Lease后，会保证在Lease的有效期内不改变数据。这样，收到Lease的Client在有效期内可以放心地使用数据。在这个有效期内，Client 缓存的数据和 服务器上的数据是一致的。

存在的问题：

1)服务器修改元数据时，需要 阻塞所有的读请求，此时服务器不能发出新的Lease。以防止新发出的Lease保证的数据与服务器刚才修改的数据不一致。

解决方法：读请求到来时，直接返回数据，不颁发Lease

2)服务器需要等待直至所有的Client的Lease都过期后，再才颁发新“修改”后的Lease。因此，此时服务器上的数据修改了，生成了一个新的Lease版本，需要等到Client上所有的老Lease过期后，该新Lease版本才能颁布给Client。

解决方法：服务器主动通知持久Lease的Client放弃当前的Lease，并请求新Lease

另一种缓存一致性的保证方法类似于“租约机制”，当Client请求Server的数据时，Server为Client提供一个“回调承诺”，用于保证当其他Client修改此数据时通知该Client。回调承诺 和 请求的数据都保存在Client端，回调承诺有两种状态：有效和取消。

当Server执行了一个更新数据请求时，它会通知它发送了回调承诺的所有Client，即给Client的端的进程发一个回调（server到client的一个远程过程调用）

，当Client进程收到回调时，它将相关数据的回调承诺标识设置为“取消”。

②租约机制能够很好地容纳网络错误异常

1）Lease颁发过程只依赖于单向的网络通信

服务器颁发Lease后，即使Client没有收到（Client宕机、网络异常），服务器只要等到Lease超时，就可以保证Client不再cache数据，从而可以放心地修改数据而不会破坏cache的一致性。

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