[发明专利]一种支持树状数据结构的一致性算法系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种支持树状数据结构的一致性算法系统及其实现方法，所述系统包括若干虚拟计算节点，所述若干虚拟计算节点根据树状结构划分为具有上下级管理关系的Group，所有拥有上下级关系的Group均运行基于Multi‑Paxos算法的一致性算法，各Group由一部分虚拟计算节点组成且同时管理一部分的数据子树，各Group内Leader拥有组的相关管理权限，各Group内Leader在执行相关管理权限的时候依赖于虚拟计算节点的相关参数以及数据子树的相关参数，通过组与组之间的上下级管理关系以及领导分权，将数据请求根据数据子树的请求路径进行分组处理，解决了单Leader节点的高负载问题。

技术领域

本发明涉及一致性算法系统技术领域，特别是涉及一种支持树状数据结构的一致性算法系统及其实现方法。

背景技术

一致性算法作为分布式系统的基石，在分布式领域上起着不可替代的作用。现有的大部分分布式系统，包含分布式存储系统、分布式管理系统和分布式计算系统等，都需要实现一致性算法作为核心组件，这个核心组件需要保证在分布式系统中每一个客户端获取到的数据具有一致性，即多个节点中数据的值是一致的。因此，分布式系统可以存储关键的元数据到该组件上，在这种一致性保证下进一步完成相应的需求和功能；

Paxos算法是莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)于1990年提出的一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。这个算法被认为是一致性算法中最有效的。Paxos算法将多个节点之间区分为不同的角色，包括：提议者(Proposer)、决策者(Acceptor)、学习者(Learner)，一个节点可以同时具有多种不同的角色。为了方便描述现实系统中的整个流程，这里添加产生议题者(Client)的角色，对于某个议题(确定某个值)而言，其由产生议题者(Client)产生，接着由提议者(Proposer)发起，由于可能存在多个提议者，所以首先需要确定该轮由哪个提议者主导，为了完成这一流程，每个可能的提议者需要生成一个全局唯一的递增编号，在这一阶段，决策者(Acceptors)需要向提议者(Proposer)承诺保证不再接受任何编号小于N的议题，提议者(Proposer)在确定超过半数的决策者(Acceptors)同意后，将发起第二轮请求，将特定的值发送给所有的决策者(Acceptors)，在超过半数决策者(Acceptors)同意之后即将议题确定下来，最后由学习者(Learner)进行对议题的学习。议题拥有全局递增的编号，决策者(Acceptors)在决定议题的时候需要向提议者(Proposer)承诺保证不再接受任何编号小于N的议题，因此在基础的Paxos算法实现中需要包含：“确定该议题的最大协议号”和“确定最终决议好的值”两个阶段；

算法的原理与具体实现之间存在着巨大的鸿沟，在现有的大部分满足生产需要的一致性算法工业级系统中，核心算法都是在Paxos算法的基础上进行进一步的约束实现。一个最为广泛使用的是Multi-Paxos算法，这个算法提出了领导者(Leader)的概念，领导者(Leader)由决策者(Acceptor)通过领导选举算法产生，领导者(Leader)在一个周期内承担着发起议题的重要作用，所有的议题由领导者(Leader)发起，相比于基础的Paxos算法，Multi-Paxos算法的主要流程如下：对于某个议题(确定某个值)而言，其由产生议题者(Client)产生，接着由领导者(Leader)发起，在超过半数的决策者(Acceptors)同意之后即将议题确定下来，最后由学习者(Learner)进行对议题的学习，因此减少了“确定该议题的最大协议号”这一阶段，将Paxos算法中需要进行的两阶段过程缩减为一个阶段，大大提升了性能；