Paxos 协议

OceanBase 数据库使用 Paxos 的优化 Multi-Paxos 实现多副本数据同步以及集群的高可用。

Paxos 一致性协议的原理

有关 Paxos 的原理，可以参考以下链接中的内容。

• Paxos Made Simple

OceanBase 数据库的 Paxos 协议与选举协议的关系

OceanBase 数据库的 Paxos 实现和选举协议一起构成了一致性协议（日志服务）的实现。两者有一定的相关性，但在实现上又尽量做到减少耦合。

选举协议会首先在多个副本中选出一个 Leader 节点，并通过 Lease 机制保证 Leader 的合法性。日志会基于选出的 Leader 推进 Multi-Paxos 的状态机，做未确认日志的恢复，并在恢复阶段完成后开始提供服务。

如何通过 Paxos 协议避免脑裂

什么是“脑裂”？

在传统数据库主备同步容灾方案中，系统正常工作时，会存在一个主节点（又称作 Master）对外提供数据读写服务，其余节点作为备节点（又称作 Slave）从主节点以日志的形式同步数据，作为容灾节点备用。

在系统出现异常时，以主节点和备节点之间出现网络分区为例：

主节点和同机房的应用服务器连接正常，仍作为主节点提供数据的读写服务。

作容灾决策的人或自动管控工具，在检查到主节点网络不通的场景下，为了保证服务的连续性，会尝试将备节点提升成主节点提供数据读写服务。

在这种场景下，同时存在两个或多个主节点，应用出现多写，会造成严重的数据正确性问题。这个现象被称作"脑裂"。

如何避免“脑裂”？

OceanBase 数据库基于 Paxos 协议实现了高可用选举和日志同步协议，一方面保证数据安全，另一方面提供了很好的服务连续性保证。

Paxos 协议是基于多数派的协议，简单来说，任何决策的达成均需要多数派节点达成一致。

OceanBase 数据库的高可用选举，保证在任一时刻，只有得到多数派的认可，一个节点才能成为主节点提供读写服务。由于集合中任意两个多数派均会存在交集，保证不会同时选举出两个主节点。

在一个节点当选为主节点后，通过租约（又称作 Lease）机制保证服务的连续性。

• 在少数派的备节点出现故障时，主节点的服务不受任何影响。

• 在主节点故障或网络分区时，多数派的备节点会首先等待租约过期；在租约过期后，原主节点保证不再提供读写服务，此时 OceanBase 数据库会自动从剩余节点集合中选举一个新的主节点继续提供服务。

OceanBase 数据库的日志同步协议，要求待写入的数据在多数派节点持久化成功。以典型的同城三机房部署为例，任意事务持久化的日志，均需要同步到至少两个机房，事务才会最终提交。

• 在少数派的备节点出现故障时，同样，主节点的服务不受任何影响，数据不会丢失。

• 在主节点故障或网络分区时，余下节点中仍保留有完整的数据；高可用选举会首先选出一个新的主节点，该节点会执行恢复流程，从余下节点中恢复出完整数据，在此之后可以继续提供服务，整个过程是完全自动的。

基于上述分析，OceanBase 数据库通过基于 Paxos 协议实现的高可用选举和日志同步协议，避免了“脑裂”，同时保证了数据安全性和服务连续性。