【转载】两军问题与Paxos算法 & 动画讲解Paxos算法

http://harry.me/blog/2014/12/27/neat-algorithms-paxos/

这篇文章里面有用JS写的Paxos过程，有助理解。但是没怎么仔细看，没时间。

这篇文章用两军问题来讨论Paxos，也很有意思：

http://iunknown.iteye.com/blog/2246484

在计算机通信理论中，有一个著名的两军问题(two-army problem)，讲述通信的双方通过ACK来达成共识，永远会有一个在途的ACK需要进行确认，因此无法达成共识。

（注意：两军问题是无解的。Paxos只是达成共识，涉及ack和行动，仍然是无解）

两军问题和Basic Paxos非常相似

1） 通信的各方需要达成共识；

2） 通信的各方仅需要达成一个共识；

3） 假设的前提是信道不稳定，有丢包、延迟或者重放，但消息不会被篡改。

为了配合Basic Paxos的多数派概念，把两军改为3军；同时假设了将军和参谋的角色。

假设的3军问题

1） 1支红军在山谷里扎营，在周围的山坡上驻扎着3支蓝军；
2） 红军比任意1支蓝军都要强大；如果1支蓝军单独作战，红军胜；如果2支或以上蓝军同时进攻，蓝军胜；
3） 三支蓝军需要同步他们的进攻时间；但他们惟一的通信媒介是派通信兵步行进入山谷，在那里他们可能被俘虏，从而将信息丢失；或者为了避免被俘虏，
可能在山谷停留很长时间；
4） 每支军队有1个参谋负责提议进攻时间；每支军队也有1个将军批准参谋提出的进攻时间；很明显，1个参谋提出的进攻时间需要获得至少2个将军的批准才有意义；
5） 问题：是否存在一个协议，能够使得蓝军同步他们的进攻时间？

演绎BasicPaxos

1） 参谋以两阶段提交（prepare/commit）的方式来发起提议，在prepare阶段需要给出一个编号；
2） 在prepare阶段产生冲突，将军以编号大小来裁决，编号大的参谋胜出；
3） 参谋在prepare阶段如果收到了将军返回的已接受进攻时间，在commit阶段必须使用这个返回的进攻时间；

两个参谋先后提议的场景

两个参谋交叉提议的场景

小结

BasicPaxos算法难理解，除了讲故事的背景不熟悉之外，还有以下几点：

1） 参与的各方并不是要针锋相对，拼个你死我活；而是要合作共赢，最终达成一个共识；当大家讲起投票的时候，往往第一反应是要针锋相对，没想到是要合作共赢；
很明显可以想到，在第二个场景下，如果参谋1为了逞英雄，强行要提交他提出的进攻时间1，那么最终是无法达成一个共识的。
2） 常规的通信协议设计，对于写操作，通常都是只返回成功和失败的状态，不会返回更多的东西；
但BasicPaxos的prepare和commit，将军除了返回成功还是失败的状态之外，还会把之前已经发生的一些状态带回给参谋，这个和常规的通信协议是不同的；
3） 在两军问题的背景下，其实知道进攻时间被至少2个将军接受的是参谋，而不是将军；在“两个参谋交叉提议的场景”下，
当参谋1没有做第2次prepare之前，将军1记录的其实是一个错误的进攻时间；理论上来说，任何一个将军在任何一个时刻都无法判断自己不是处在将军1的场景下；
因此BasicPaxos在3个蓝军组成的系统中达成了一个共识，但并没有为每个将军明确了共识；
4） 本文的两个场景都以“两个参谋”来讲，这里的“两个参谋”可能是真的两个不同的参谋，也可能是同一个参谋因为某种原因先后做了多次提议；
对应分布式系统的场景包括如下：
a） 真的有两个并发的client
b） 两个client一先一后；第一个client执行到某个步骤因为某种原因停止了；过了一段时间，另外一个client接着操作同一个数据
c） 同一个client重试；第一次执行到某一步骤因为某种原因停止了，立即或者稍后进行了重试

后记

原文也参考了我上面一篇文章参考的文章：

Paxos算法细节详解(一)--通过现实世界描述算法

http://www.cnblogs.com/endsock/p/3480093.html

Question: The Two Generals’ Problem of reaching consensus on when to attack is unsolvable, how come it’s possible to have consensus with Paxos?

http://bogdan.pistol.gg/2014/10/20/paxos-algorithm-explained-part-2-insights/#q7

paxos最终仍然无法解决两军问题，即使是扩展到3军也是无法解决的。在3军背景下，按paxos算法的定义，最后是达成了一个共同的进攻时间，3军中的任何一方都可以通过paxos算法读取出这个进攻时间。

但3军怎么知道在什么时候去读取、其他人是否已经读取，这是一个和两军问题同样的问题；同时由于通信兵可能无限延迟，可能部分蓝军在进攻时间之前读取到了，部分蓝军可能在进攻时间之后才读取到，所以两军最终还是无解的。

第二篇参考文章中也详细描述了这些问题。所以写paxos和两军问题，不是说paxos解决了两军问题，只是借用两军问题的背景来演绎paxos。