[发明专利]一种低延迟的分布式计算共识算法

摘要

本发明公开了一种低延迟的分布式计算共识算法，主要解决在并发客户端之间的命令冲突率增大时，系统响应延迟增加的问题。该算法将EPaxos算法和不受并发客户端命令冲突情况影响的Multi‑Paxos算法相结合，根据算法运行过程中的客户端负载情况、并发客户端命令冲突情况以及网络实时情况，每隔一段时间进行EPaxos算法和Multi‑Paxos算法系统平均延迟的计算，根据计算结果，智能地转换到系统平均延迟较小的算法模式。本发明算法具有更好的适应能力、更优的延迟性能、更高的综合效率，实现了在并发客户端之间的命令冲突率较大的情况下，较EPaxos算法能获得更低的系统响应延迟；在客户端负载不均衡时，比Multi‑Paxos算法更能适应多样的客户端环境。

主权项

1.一种低延迟的分布式计算共识算法，包括：

(1)执行EPaxos算法模式；

(2)根据算法运行过程中客户端的负载情况、并发客户端的命令冲突情况以及网络的实时情况，每隔时间段t_s(t_s可取15秒)计算EPaxos算法模式下系统的平均延迟Lat1(EPaxos)以及估计Multi‑Paxos算法模式下系统的平均延迟Lat1(Multi‑Paxos)：

(2.1)计算Lat1(EPaxos)：统计副本R_i(R_i表示第i个副本，其中i∈[1,N]，N表示副本总数)处理的客户端提交的命令总数T_i，执行slow‑path的命令数C_i，从客户端到副本R_i所需的时间t_ci，从副本R_i到所有副本所花时间中第k少的时间min_k{i}(k表示fast path中的法定人数)，从副本R_i到所有副本所花时间中第p少的时间min_p{i}(p表示slow path中的法定人数，也为Multi‑Paxos算法模式下的法定人数)，则EPaxos算法模式下系统的平均延迟为：

(2.2)估计Lat1(Multi‑Paxos)：分别估计各个副本R_r(r∈[1,N])为领导者时，Multi‑Paxos算法模式下系统的平均延迟(t_ir表示从副本R_i到副本R_r所需的时间)：

取最小的Lat1(Multi‑Paxos)_r作为Multi‑Paxos算法模式下系统的平均延迟Lat1(Multi‑Paxos)，令领导者R_l为此时的R_r；

(3)比较Lat1(EPaxos)和Lat1(Multi‑Paxos)的大小，若Lat1(Multi‑Paxos)＜Lat1(EPaxos)，从EPaxos算法模式转换至Multi‑Paxos算法模式，转至步骤(4)，否则，转至步骤(1)；

(4)执行Multi‑Paxos算法模式(在Multi‑Paxos算法模式下客户端将命令提交给最近的副本，副本再将命令传递给领导者)；

(5)根据算法运行过程中客户端的负载情况、并发客户端的命令冲突情况以及网络的实时情况，每隔时间段t_s(t_s可取15秒)计算Multi‑Paxos算法模式下系统的平均延迟Lat2(Multi‑Paxos)以及估计EPaxos算法模式下系统的平均延迟Lat2(EPaxos)：

(5.1)计算Lat2(Multi‑Paxos)：统计副本R_i(i∈[1,N])传递的客户端提交的命令总数T_i，从客户端到副本R_i所需的时间t_ci，从副本R_i到领导者R_l所需的时间t_il，从领导者R_l到所有副本所花时间中第p少的时间min_p{l}，则Multi‑Paxos算法模式下系统的平均延迟为：

(5.2)估计Lat2(EPaxos)：统计从副本R_i(i∈[1,N])到所有副本所花时间中第k少的时间min_k{i}，到所有副本所花时间中第p少的时间min_p{i}，传递的命令中对各个关键字K_m(m∈[1,M]，M表示关键字总数)操作的命令数CK_im，则在EPaxos算法模式下，含有最大CK_im的副本R_i传递的关于关键字K_m的命令中执行slow path的命令数S_im可近似为min{CK_im,∑_{r∈[1,N],r！＝i}CK_rm}，其余副本R_i传递的关于关键字K_m的命令中执行slow path的命令数S_im可近似为CK_im，则对任意副本R_i，执行slow path的命令总数C_i可近似为∑_mS_im，故EPaxos算法模式下系统的平均延迟可近似表示为：

(6)比较Lat2(EPaxos)和Lat2(Multi‑Paxos)的大小，若Lat2(EPaxos)≤Lat2(Multi‑Paxos)，从Multi‑Paxos算法模式转换至EPaxos算法模式，转至步骤(1)，否则，转至步骤(4)。

2.根据权利要求书1所述的一种低延迟的分布式计算共识算法，其中，步骤(3)所述的从EPaxos算法模式转换至Multi‑Paxos算法模式，按如下过程进行：

(2.1)算法转换的发起者给各个副本R_i(i∈[1,N])发送更改协议的通知并设置一个超时；

(2.2)各个副本R_i确认收到通知，发送确认消息以及已经开始处理的最大实例编号I_i给算法转换的发起者，进入转化状态(副本在转化状态时，不会分配新实例，即，对于收到的客户端命令，放入缓存，在非转化状态时再进行处理)，并设置一个超时；

(2.3)若算法转换的发起者在超时之前收到所有副本的确认消息以及I_i，则对I_i进行统计，统计结果记为IMAX＝{I_i|i∈[1,N]}，发送统计结果IMAX以及算法转换的执行命令给所有副本；否则，发送算法转换的取消命令给所有副本；

(2.4)若副本R_i在超时之前收到算法转换的执行命令以及IMAX，R_i执行各个副本R_r(r∈[1,N])所有提交的实例(各个副本R_r所有提交的实例中最大实例编号应为I_r(I_r∈IMAX)，如果副本R_i的本地存储中缺少某一实例，则R_i需要