Автоматические выборы лидера

Выборы лидера и синхронная репликация

В Tarantool используется модификация Raft — алгоритма синхронной репликации и автоматических выборов лидера. Полное описание алгоритма Raft можно прочитать в соответствующем документе.

Синхронная репликация и выборы лидера в Tarantool реализованы как две независимые подсистемы. Это означает, что можно настроить синхронную репликацию, а для выборов лидера использовать альтернативный алгоритм. Встроенный механизм выборов лидера, в свою очередь, не требует использования синхронных спейсов. Синхронной репликации посвящен этот раздел документации. Процесс выборов лидера описан ниже.

Процесс выборов лидера

Автоматические выборы лидера в Tarantool гарантируют, что в каждый момент времени в наборе реплик будет максимум один лидер — узел, доступный для записи. Все остальные узлы будут принимать исключительно запросы на чтение.

Когда функция выборов включена, жизненный цикл набора реплик разделен на так называемые термы (term). Каждый терм описывается монотонно растущим числом. После первой загрузки узла значение его терма равно 1. Когда узел обнаруживает, что не является лидером и при этом лидера в наборе реплик уже какое-то время нет, он увеличивает значение своего терма и начинает новый тур выборов.

Выборы лидера происходят посредством голосования. Узел, начинающий выборы, голосует сам за себя и отправляет другим запросы на голос. Каждый экземпляр голосует за первый узел, от которого пришел такой запрос, и далее в течение всего терма ожидает избрания лидера, не выполняя никаких действий.

Узел, собравший кворум голосов, становится лидером и оповещает об этом другие узлы. Голоса могут разделиться, если ни один узел не получит кворума. В этом случае спустя случайное время происходят перевыборы: каждый узел увеличивает значение терма и начинает новый тур, если за период ожидания не получил запроса на голос от узла, чей терм больше. В итоге определяется лидер кластера.

Узлы, не являющиеся лидерами, называются последователями (followers). Узлы, которые начинают новый тур выборов, называются кандидатами (candidates). Избранный лидер отправляет остальным узлам контрольные сигналы (heartbeats), оповещая о том, что он работает (alive). Если контрольные сигналы не приходят в течение времени, заданного параметром replication_timeout, начинаются новые выборы. Чтобы алгоритм Raft гарантированно выполнялся, термы и голоса сохраняются на каждом экземпляре.

При голосовании узлы отдают предпочтение экземплярам, где сохранены самые новые данные. Поэтому, если прежний лидер перед тем, как стать недоступным, отправит кворуму реплик какую-либо информацию, она не будет потеряна.

Необходимо, чтобы все узлы, включенные в процесс выборов, были соединены попарно и образовывали полную ячеистую топологию (full mesh). Для передачи запросов, связанных с голосованием, и других внутренних сообщений требуется прямая связь между узлами.

Любой узел, участвующий в процессе выборов, реплицирует данные только с последнего избранного лидера. Это позволяет избежать ситуации, в которой прежний лидер после выборов нового все еще пытается отправлять изменения на реплики.

Числовые значения термов также выполняют функцию своеобразного фильтра. Например, если на двух узлах включена функция выборов и значение терма node1 меньше значения терма node2, то узел node2 не будет принимать транзакций от узла node1.

Настройка

box.cfg({
    election_mode = <string>,
    election_timeout = <seconds>,
    replication_timeout = <seconds>,
    replication_synchro_quorum = <count>,
})

• election_mode — определяет роль узла в процессе выборов лидера. Подробное описание параметра приводится в справочнике по настройке.
• election_timeout — задает промежуток времени между турами в случае разделения голосов и последующих перевыборов. Подробное описание параметра приводится в справочнике по настройке.
• replication_timeout — параметр репликации replication_timeout, используемый для выборов лидера. Активный лидер отправляет сообщения контрольного сигнала каждые <replication_timeout> секунд. Значение параметра по умолчанию — 1. Если лидер не отправляет сообщений контрольного сигнала в течение <replication_timeout> * 4 секунд, он считается недоступным (dead) и начинаются новые выборы.
• replication_synchro_quorum — параметр репликации replication_synchro_quorum, используемый для настройки кворума. Значение по умолчанию — 1, то есть каждый узел, проголосовав за себя, немедленно становится лидером. Лучше всего задать этому параметру значение (<размер кластера> / 2) + 1. В противном случае нет гарантий, что в каждый момент времени в кластере будет только один лидер.

Важно также понимать, что статус лидера — не единственное, что требуется узлу, чтобы быть доступным для записи. Параметр read_only на узле-лидере должен иметь значение false (box.cfg{read_only = false}). Необходимо также, чтобы выполнялось условие, заданное параметром replication_connect_quorum (box.cfg{replication_connect_quorum = <count>}), или же этот параметр должен быть отключен (box.cfg{replication_connect_quorum = 0}).

Ничто не мешает задать для параметра read_only значение true, но это сделает лидера недоступным для записи. На сам процесс выборов параметр никак не влияет, поэтому голосовать и быть лидером может даже экземпляр, доступный только для чтения.

tarantool> box.info.election
---
- state: follower
  vote: 0
  leader: 0
  term: 1
...