基于RDMA的高性能Paxos算法的设计与实现

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分布式系统在大型网站中应用越来越广泛,多副本状态机是分布式系统容灾备份与负载均衡的常用解决方案,通过分布式一致性协议保证多副本之间数据存储的强一致性,从而提高系统的可用性。但是由于分布式一致性协议的复杂性,以及节点间网络通信的开销,对系统的性能产生较大负面影响。因此,本文设计并实现了基于远程内存直接访问(Remote Direct Memory Access,RDMA)技术的高性能Paxos算法,在保证系统数据强一致、高可用的同时,有效提升算法实现的性能。本文的主要工作及贡献如下:首先,本文对RDMA通信原语的性能进行了测试与评估,为基于RDMA实现高性能的Paxos算法提供依据。本文选择面向连接的不可靠(UC)传输模式的RDMA WRITE操作原语实现备份节点间的通信。其次,本文设计并实现了一个基于RDMA的高性能Paxos算法。对Paxos算法中节点通信、共识日志结构以及共识流程进行详细设计与实现,并通过Batch与Pipeline、多线程与异步拆分、原子操作同步机制,对算法进行性能优化。最后,本文对基于RDMA的高性能Paxos算法进行测试。结果表明,本文算法满足分布式一致性协议的正确性、容错性和低延迟的基本要求;与一种基于RDMA的Paxos实现APUS对比,在低并发场景下本文算法吞吐提升1倍左右,随着并发请求增加,本文算法吞吐提升更加明显,可达1个数量级以上。
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