Keo banh an toàn thực phẩm - bí quyết kết dính hoàn hảo cho bánh kem

Phân tích chi tiết về phân tán: Rốt cuộc thì nhất quán là gì?
2020-06-26

Các kỹ sư phát triển máy chủ chắc hẳn đều hứng thú với hệ thống phân tán và các lý thuyết liên quan. Trong số đóbóng đá wap, vấn đề "nhất quán" (consistency) trong hệ thống phân tán luôn là chủ đề được tranh luận sôi nổi nhất. Dù ở lĩnh vực học thuật hay trong ngành công nghiệp, lịch sử phát triển cho thấy khái niệm "nhất quán" luôn khiến mọi người rơi vào tình trạng mơ hồ và thiếu sự rõ ràng. Thậm chí, có những thời điểm, việc định nghĩa và áp dụng "nhất quán" trở thành thách thức lớn đối với cả hai bên, khi mà không có một tiêu chuẩn cụ thể nào được chấp nhận rộng rãi.

sự thống nhất phân tán là gì?

Tuy nhiênbóng đá wap, từ "nhất quán" thực sự rất dễ gây hiểu lầm. Nếu diễn đạt bằng tiếng Anh, có ít nhất hai từ liên quan đến ý nghĩa của nó: consistency Ghi giá trị consensus Chúng thường được dịch thành "tính nhất quán"keo banh, điều này càng làm gia tăng mức độ bị lạm dụng khái niệm này. Để tiện cho việc thảo luận tiếp theo, chúng ta hãy cùng làm rõ một chút:

Các giao thức nhất quán phân tán thường được đề cập trên mạng như Paxos thực ra consensus Đây là từ đó. Nếu nó được dịch thành "thống nhất"bóng đá wap, có lẽ sẽ tốt hơn một chút. Để diễn đạt rõ ràng, trong phần thảo luận sau của bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng sử dụng từ "thống nhất" này. consensus Vấn đề.
Từ C trong ACID hoặc CAPkeo banh, dùng đều consistency Từ nàyxóc đĩa, nhưng ý nghĩa thực sự rất khác nhau.
giao dịch phân tán

Bây giờxóc đĩa, chúng ta hãy phân tích chi tiết các khái niệm này.

Nhất quán trong ACID

ACID là bốn tính chất chính của các giao dịch trong cơ sở dữ liệubóng đá wap, cụ thể bao gồm tính nguyên tử (Atomicity), tính nhất quán (Consistency), tính cách ly (Isolation) và tính bền vững (Durability). Mỗi tính chất này đóng vai trò quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn và ổn định của dữ liệu trong hệ thống. Tính nguyên tử giúp cho mỗi giao dịch được thực hiện như một khối duy nhất, không thể chia tách; tính nhất quán đảm bảo rằng dữ liệu luôn ở trạng thái hợp lệ sau khi giao dịch kết thúc; tính cách ly ngăn chặn sự va chạm giữa các giao dịch đang diễn ra; còn tính bền vững đảm bảo rằng những thay đổi từ một giao dịch thành công sẽ được lưu giữ mãi mãi ngay cả khi hệ thống gặp lỗi. Nhờ có bốn tính chất này mà việc quản lý dữ liệu trong cơ sở dữ liệu trở nên đáng tin cậy hơn bao giờ hết.

Hiện tạixóc đĩa, chúng ta đang tập trung vào C, tức là nhất quán Consistency tổng số dư không thay đổi sau khi chuyển tiền

Từ mô tả ở đoạn trênbóng đá wap, chúng ta dễ dàng nhận ra:

Trong mô hình ACIDkeo banh, khái niệm "nhất quán" (consistency) đề cập đến việc duy trì trạng thái "nhất quán" của toàn bộ cơ sở dữ liệu. Khi nhìn nhận theo cách trừu tượng, mỗi lần thực hiện một giao dịch trên cơ sở dữ liệu sẽ làm thay đổi trạng thái của nó. Điều này có thể so sánh với việc xem cơ sở dữ liệu như một máy trạng thái (state machine). Miễn là trạng thái ban đầu của cơ sở dữ liệu là "nhất quán", và mỗi giao dịch được thực hiện đều đảm bảo duy trì trạng thái "nhất quán", thì cơ sở dữ liệu sẽ luôn duy trì được trạng thái "nhất quán" (Consistency Preservation). Thêm vào đó, trong quá trình vận hành, các giao dịch không chỉ đơn thuần thay đổi dữ liệu mà còn phải tuân thủ các ràng buộc logic nhất định, chẳng hạn như các mối quan hệ giữa các bảng hoặc các quy tắc kiểm tra dữ liệu. Điều này giúp đảm bảo rằng ngay cả khi có sự cố xảy ra, cơ sở dữ liệu vẫn duy trì được tính toàn vẹn và đáng tin cậy trong suốt quá trình xử lý.
số dư tài khoản tổng không thay đổi trước và sau khi chuyển tiền

Chúng ta hãy cùng tìm hiểu xembóng đá wap, để đảm bảo mọi giao dịch luôn tuân thủ đầy đủ các thuộc tính ACID, cần phải cân nhắc những yếu tố gì trong quá trình triển khai thực tế. Trước tiên, chúng ta cần xem xét cách quản lý việc ghi dữ liệu vào cơ sở dữ liệu một cách an toàn và hiệu quả. Tiếp theo, vấn đề về việc kiểm soát đồng thời giữa các giao dịch là vô cùng quan trọng, nhằm tránh xảy ra xung đột hoặc lỗi khi nhiều người dùng thao tác cùng lúc. Ngoài ra, khả năng phục hồi sau sự cố cũng là một yếu tố không thể bỏ qua, giúp đảm bảo rằng dữ liệu không bị mất hoặc hỏng trong trường hợp có lỗi hệ thống xảy ra. Cuối cùng, việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống cũng cần được chú ý để đảm bảo rằng giao dịch không chỉ đúng mà còn nhanh chóng và mượt mà.

Có ít nhất hai khía cạnh cần được cân nhắc: thứ nhất là các tình huống lỗi (lỗi hoặc sự cố); thứ hai là hành vi đồng thời (concurrence). Bên cạnh đóxóc đĩa, việc quản lý cả hai yếu tố này một cách hiệu quả sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu hơn trong nhiều ngữ cảnh khác nhau.

Đầu tiênkeo banh, đối với bất kỳ hệ thống nào, sai sót là điều không thể tránh khỏi. Và sai sót có thể được chia thành hai loại.

Trường hợp đầu tiênkeo banh, logic thực thi của giao dịch có thể có sai sót. Chẳng hạn, khi chuyển 100 đồng từ tài khoản A sang tài khoản B, nếu trong giao dịch này, chúng ta chỉ trừ đi 100 đồng từ tài khoản A nhưng quên thêm 100 đồng vào tài khoản B, thì giao dịch đó rõ ràng đã không đạt yêu cầu. Rõ ràng, để tránh lỗi loại một này, đó chính là nền tảng để duy trì tính nhất quán, điều này đòi hỏi lớp ứng dụng cần được lập trình một cách chính xác và phù hợp. Thêm vào đó, việc kiểm tra kỹ lưỡng từng bước thực hiện cũng là một phần quan trọng giúp phát hiện và sửa chữa các lỗi tiềm ẩn trong quá trình xử lý.

chỉ thực hiện được một nửa

Thứ haixóc đĩa, hành vi đồng thời cũng có thể ảnh hưởng đến tính nhất quán của giao dịch. Trong hệ thống cơ sở dữ liệu, hành vi đồng thời được thể hiện qua việc có thể xảy ra tình huống nhiều giao dịch cùng lúc thao tác trên cùng một tập dữ liệu. Giữ nguyên ví dụ chuyển tiền trước đó, giả sử có hai giao dịch: Giao dịch 1 thực hiện việc chuyển 100 đồng từ tài khoản A sang tài khoản B, trong khi giao dịch 2 lại chuyển 50 đồng từ tài khoản A sang tài khoản C. Nếu hai giao dịch này được thực thi theo thứ tự, tất nhiên sẽ không có vấn đề gì xảy ra. Tuy nhiên, nếu cả hai giao dịch đều được thực hiện cùng lúc, có thể xảy ra các chuỗi thực thi như sau (giả sử số dư ban đầu của tài khoản A là x đồng): - Giao dịch 1 đọc số dư của tài khoản A và giảm đi 100 đồng. - Giao dịch 2 đọc số dư của tài khoản A và giảm đi 50 đồng. - Sau đó, giao dịch 1 cập nhật số dư của tài khoản B và tài khoản A. - Cuối cùng, giao dịch 2 cập nhật số dư của tài khoản C và tài khoản A. Kết quả cuối cùng có thể dẫn đến việc tài khoản A bị trừ đi tổng cộng 150 đồng, nhưng số dư thực tế ở tài khoản A có thể đã bị "trùng lặp" hoặc sai lệch do cách xử lý đồng thời này, dẫn đến sự không nhất quán trong thông tin. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc quản lý hành vi đồng thời trong hệ thống cơ sở dữ liệu để đảm bảo tính toàn vẹn và chính xác của dữ liệu.

: Đọc số dư tài khoản Abóng đá wap, đọc được x đồng;
: Đọc số dư tài khoản Axóc đĩa, cũng đọc được x đồng;
: Ghi (x-100) đồng vào tài khoản A;
: Ghi (x-50) đồng vào tài khoản A;
……

Quá trình thực thi ở trênkeo banh, giá trị cuối cùng được ghi vào tài khoản A là (x-50) đồng, điều này rõ ràng là không đúng (sự nhất quán của giao dịch sẽ bị phá vỡ). Nếu hai giao dịch chuyển tiền có thể hoàn tất một cách chính xác, thì số dư của tài khoản A phải là (x-150) đồng mới đúng. Ngoài ra, trong trường hợp này, việc quản lý và kiểm soát các giao dịch cần phải đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu. Nếu không, hệ thống có thể gặp rủi ro như mất mát hoặc trùng lặp dữ liệu, dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn. Do đó, việc áp dụng các cơ chế khóa hoặc kiểm tra trạng thái trước và sau khi thực hiện giao dịch là rất quan trọng để duy trì sự ổn định và đáng tin cậy của hệ thống tài chính.

Làm thế nào để giải quyết vấn đề về tính đồng thời này? Điều đó đòi hỏi đến khái niệm I (Isolation - Độc lập) trong ACID để đảm bảo. Độc lập là gì? Nó giúp sắp xếp hợp lý các giao dịch đang chạy song songkeo banh, đảm bảo rằng các giao dịch khác nhau không ảnh hưởng đến nhau. Nói cách khác, đặc tính độc lập cho phép các giao dịch chạy cùng lúc hoạt động như thể chúng được thực hiện theo một trình tự tuần tự, thay vì đồng thời. Nhờ đó, hệ thống có thể duy trì sự ổn định và chính xác trong mọi giao dịch.

Sau khi phân tích như trênbóng đá wap, bây giờ về nhất quán trong ACID, chúng ta có thể rút ra một số kết luận:

Một hệ thống có thể đảm bảo tính nguyên tử và bền vữngkeo banh, nhưng không thể tự động duy trì tính nhất quán nếu các quy tắc nghiệp vụ không được thiết kế rõ ràng. “The letter C doesn’t really belong in ACID”。
Để thực sự đạt được tính nhất quán (consistency) trong mô hình ACIDxóc đĩa, điều đó phụ thuộc vào tính nguyên tử (atomicity) và tính cô lập (isolation) của cơ sở dữ liệu (đối phó với lỗi và xử lý đồng thời). Tuy nhiên, ngay cả khi cơ sở dữ liệu cung cấp tất cả các tính năng kỹ thuật mà bạn cần, điều đó không có nghĩa là tính nhất quán theo chuẩn ACID sẽ luôn được đảm bảo. Nó còn phụ thuộc vào cách bạn triển khai logic giao dịch ở lớp ứng dụng có chính xác hay không. Việc hiểu rõ và áp dụng đúng cách các nguyên tắc giao dịch là yếu tố then chốt để duy trì sự toàn vẹn của dữ liệu. Một sai sót nhỏ trong quá trình này có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn như tình trạng dữ liệu bị hỏng hoặc không đồng bộ. Vì vậy, hãy luôn kiểm tra kỹ lưỡng mọi bước để đảm bảo rằng mọi thứ hoạt động như mong đợi.
Cuối cùngbóng đá wap, tính nhất quán trong ACID thực sự không có mối liên hệ trực tiếp nào với tính phân tán. Điểm duy nhất mà nó liên quan đến tính phân tán nằm ở chỗ: trong môi trường phân tán, việc đảm bảo tính nguyên tử và cách ly của cơ sở dữ liệu trở nên phức tạp hơn rất nhiều. Điều này xuất phát từ việc các nút trong mạng phải đồng bộ hóa dữ liệu một cách chính xác, bất chấp những thách thức như độ trễ mạng hoặc lỗi kết nối. Chính vì vậy, việc duy trì tính nhất quán trong hệ thống phân tán đòi hỏi sự tinh vi và chiến lược bài bản để giải quyết những vấn đề phức tạp đó.

Tóm lạibóng đá wap, khái niệm "nhất quán" trong ACID là một ý tưởng rất đặc biệt. Ngoài việc xử lý giao dịch trong cơ sở dữ liệu, nó khó có thể áp dụng vào các ngữ cảnh khác và cũng không liên quan nhiều đến các định nghĩa "nhất quán" khác trong lý thuyết phân tán. Điều này cho thấy sự độc đáo của "nhất quán" trong lĩnh vực công nghệ thông tin, nơi mà mỗi hệ thống thường đòi hỏi cách tiếp cận riêng để đảm bảo tính nhất quán trong hoạt động của mình.

Mối liên hệ giữa giao dịch phân tán và thuật toán đồng thuận

Đầu tiênkeo banh, hãy nói về vấn đề đồng thuận (consensus problem). Đây là một vấn đề rất cơ bản và quan trọng trong hệ thống phân tán. Nó liên quan đến việc tìm cách để các nút khác nhau trong hệ thống có thể đi đến sự đồng ý chung về một vấn đề cụ thể nào đó. Trong môi trường phân tán phức tạp, nơi mà thông tin có thể bị gián đoạn hoặc thất lạc, việc đạt được sự nhất trí giữa các nút trở thành thách thức lớn nhưng lại cực kỳ cần thiết cho hoạt động hiệu quả của toàn hệ thống.

thuật toán đồng thuận phân tán

Dù mọi người thường đặt Paxoskeo banh, 2PC và 3PC vào cùng một nhóm thảo luận, thì chắc chắn có sự tương đồng giữa các thuật toán này. Nhưng sự tương đồng đó đến từ đâu? Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn. Paxos là một thuật toán tổng quát để giải quyết vấn đề đồng thuận (consensus). Nó cho phép mỗi nút trong hệ thống đưa ra ý kiến riêng của mình (gọi là proposal), và nhờ vào cơ chế này, Paxos đảm bảo rằng tất cả các nút sẽ đạt được sự nhất trí cuối cùng mà không cần bất kỳ nút trung tâm nào. Proposal ở đây mang tính trừu tượng, có thể bao gồm bất kỳ giá trị nào mà các nút muốn đạt được sự đồng thuận. Ngược lại, 2PC (hai-phase commit) và 3PC (ba-phase commit) lại nhắm đến việc giải quyết vấn đề xác nhận giao dịch phân tán. Trong khi 2PC chia quá trình xác nhận thành hai giai đoạn chính (prepare và commit), 3PC bổ sung thêm một số bước trung gian để giảm thiểu tình trạng deadlock và tăng cường khả năng xử lý lỗi. Điều này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy so với phiên bản 2PC truyền thống. Tuy nhiên, cả hai đều hoạt động dựa trên nguyên tắc đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống hoặc không một ai có thể thay đổi trạng thái của dữ liệu sau khi quá trình xác nhận đã hoàn tất.

Nếu chỉ nhìn từ bên ngoàikeo banh, Paxos và hai thuật toán 2PC (Two-Phase Commit) và 3PC (Three-Phase Commit) có vẻ không có nhiều điểm tương đồng. 2PC và 3PC thường gắn liền chặt chẽ với các giao dịch phân tán, trong khi Paxos dường như không liên quan trực tiếp đến vấn đề này. Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn về bản chất sâu sắc của chúng, hãy cùng tìm hiểu bối cảnh ra đời của 2PC và 3PC. Đầu tiên, 2PC được phát triển nhằm giải quyết vấn đề cơ bản nhất của các hệ thống phân tán - đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu trong quá trình thực hiện giao dịch. Khi một giao dịch cần được thực hiện trên nhiều máy chủ, 2PC cung cấp một cách tiếp cận đơn giản nhưng hiệu quả để đảm bảo rằng tất cả các nút tham gia đều đồng ý hoặc không ai thực hiện giao dịch. Tuy nhiên, mặc dù mang lại sự ổn định, 2PC cũng gặp phải hạn chế lớn về khả năng mở rộng và thời gian chờ đợi. Tiếp theo, 3PC đã được giới thiệu để cải thiện những điểm yếu của 2PC. Thay vì chỉ có hai giai đoạn như 2PC, 3PC chia quy trình thành ba bước: chuẩn bị, đồng thuận và kết thúc. Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ xung đột và tăng cường hiệu suất trong các hệ thống phân tán phức tạp. Nhưng, nó cũng làm tăng độ phức tạp và yêu cầu tài nguyên cao hơn. Ngược lại, Paxos tập trung vào việc đạt được sự đồng thuận giữa các nút trong một hệ thống phân tán mà không nhất thiết phải liên quan đến giao dịch cụ thể. Thuật toán này được thiết kế để giải quyết vấn đề "đồng thuận" trong trường hợp có lỗi mạng hoặc nút thất bại. Dù vậy, Paxos vẫn là một trong những nền tảng quan trọng cho việc xây dựng các hệ thống phân tán đáng tin cậy và bền vững. Vì vậy, nếu so sánh kỹ lưỡng, chúng ta sẽ thấy rằng cả Paxos lẫn 2PC và 3PC đều hướng tới việc giải quyết các vấn đề quan trọng trong hệ thống phân tán, nhưng mỗi thuật toán lại tập trung vào một khía cạnh khác nhau. Điều này lý giải tại sao Paxos không có mối liên hệ trực tiếp với các giao dịch phân tán, trong khi 2PC và 3PC lại đặc biệt hữu ích trong lĩnh vực này.

Trở lại với khái niệm giao dịch. Ban đầukeo banh, giao dịch không có liên quan trực tiếp đến việc phân tán hệ thống; ngay cả khi chỉ thực hiện trên một cơ sở dữ liệu đơn lẻ, việc đạt được các tính chất ACID của giao dịch cũng không hề đơn giản. Tuy nhiên, như đã đề cập ở phần kết thúc chương trước, trong môi trường phân tán, việc duy trì các tính chất ACID trở nên khó khăn hơn nhiều. Trong chương trước, chúng ta đã tập trung vào tính nhất quán (Consistency) của ACID; bây giờ, hãy cùng tìm hiểu về tính nguyên tử (Atomicity), một trong những tính chất quan trọng khác của ACID. Tính nguyên tử đảm bảo rằng tất cả các thao tác trong một giao dịch phải được thực hiện như một khối duy nhất; nếu bất kỳ bước nào bị lỗi hoặc thất bại, toàn bộ giao dịch sẽ bị hủy bỏ và trạng thái ban đầu của hệ thống sẽ được khôi phục. Điều này rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn dữ liệu, đặc biệt là trong các hệ thống lớn với nhiều luồng hoạt động đồng thời. Một ví dụ đơn giản: khi bạn chuyển tiền giữa hai tài khoản ngân hàng, tính nguyên tử yêu cầu cả việc trừ tiền từ tài khoản nguồn và cộng tiền vào tài khoản đích phải hoàn thành hoàn chỉnh hoặc không hoàn thành gì cả, không được để xảy ra tình trạng chỉ trừ tiền mà chưa thêm tiền vào tài khoản đích. Điều này càng trở nên phức tạp trong môi trường phân tán, nơi mà các máy chủ có thể gặp vấn đề kết nối hoặc lỗi phần cứng. Do đó, các giải pháp như giao thức hai-phase commit (2PC) thường được sử dụng để đảm bảo tính nguyên tử trong các hệ thống phân tán. Tuy nhiên, 2PC cũng có nhược điểm, chẳng hạn như sự chậm trễ do cần phải chờ xác nhận từ tất cả các nú Chính vì vậy, các nhà phát triển đang tìm kiếm các phương pháp mới để tối ưu hóa hiệu suất trong khi vẫn duy trì tính nguyên tử của giao dịch.

two-phase commit problem Vấn đề cam kết nguyên tử Vấn đề cam kết nguyên tử (Atomic Commitment Problem) [2]bóng đá wap, và thuật toán có khả năng giải quyết vấn đề này được gọi là **thuật toán cam kết nguyên tử**. Những thuật toán này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của giao dịch trong hệ thống phân tán, nơi mà sự thất bại của bất kỳ phần tử nào cũng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng đối với tính nhất quán dữ liệu. Các thuật toán cam kết nguyên tử thường sử dụng cơ chế bỏ phiếu hoặc các trạng thái ánh xạ để đưa ra quyết định cuối cùng về việc một giao dịch nên được xác nhận hay huỷ bỏ, từ đó duy trì tính ổn định và tin cậy trong hoạt động của hệ thống. Giao thức cam kết nguyên tử (Atomic Commitment Protocolxóc đĩa, viết tắt là ACP )[3]. 2PC và 3PC thuộc về hai cách triển khai cụ thể khác nhau của giao thức cam kết nguyên tử.

Phân tích đến đâykeo banh, chúng ta dường như đã phát hiện ra Vấn đề cam kết nguyên tử Có mối quan hệ chặt chẽ hơn với Vấn đề đồng thuận mối liên quan:

Vấn đề đồng thuận giải quyết cách để nhiều nút trong hệ thống phân tán đạt được sự thống nhất về một đề xuất.
Vấn đề mà việc xác nhận phân tán giải quyết chính là làm thế nào để tất cả các nút tham gia vào giao dịch phân tán có thể đạt được sự đồng thuận về việc “chấp nhận thực hiện Commit hay Abort”. Đây là một bước quan trọng trong quá trình đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu giữa các nútkeo banh, giúp duy trì ổn định cho hệ thống khi xử lý các giao dịch phức tạp.
Vì vậykeo banh, vấn đề cam kết nguyên tử là một trường hợp đặc biệt của vấn đề đồng thuận.

Luận điểm này giống như một tam đoạn luậnbóng đá wap, dường như rất hợp lý. Thực tế, trong suốt một thời gian dài, giới học thuật đã cho rằng vấn đề cam kết nguyên tử (atomic commit) của các giao dịch phân tán chính là một dạng suy giảm của bài toán các tướng (Byzantine Generals Problem)[4]. Vậy bài toán các tướng là gì? Tóm lại, đây cũng là một vấn đề liên quan đến hệ thống phân tán. Cụ thể hơn, bài toán này mô tả tình huống mà một nhóm tướng quân phải đưa ra quyết định cùng nhau: họ nên tấn công hay rút lui. Tuy nhiên, có một số tướng có thể phản bội hoặc truyền đi thông tin sai lệch để làm nhiễu loạn quá trình ra quyết định. Mục tiêu ở đây là tìm cách đảm bảo rằng các tướng còn lại có thể đạt được sự đồng thuận ngay cả khi một số người trong số họ không đáng tin cậy. Điều này tạo ra thách thức lớn trong việc duy trì tính nhất quán và ổn định của hệ thống. Trở lại với vấn đề cam kết nguyên tử trong hệ thống phân tán, nó cũng đối mặt với những tình huống tương tự. Khi nhiều máy chủ độc lập cần phối hợp để thực hiện một giao dịch, chúng ta phải đảm bảo rằng mọi thứ được hoàn thành toàn diện hoặc không hoàn thành chút nào. Nếu chỉ một phần giao dịch được thực hiện, hệ thống sẽ rơi vào trạng thái không ổn định. Vì vậy, bài toán này không chỉ là một khía cạnh phức tạp trong lý thuyết hệ thống phân tán mà còn là một câu hỏi mở đầy thách thức trong ngành công nghệ thông tin. Vấn đề đồng thuận Điều quan trọng cần lưu ý là đây là loại vấn đề đồng thuận đòi hỏi tính dung cao nhất. Về phần Byzantine General Problemxóc đĩa, chúng ta sẽ không đi sâu vào chi tiết ở đây. Tuy nhiên, nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về chủ đề này, đừng ngần ngại đọc bài viết trước của tôi có tựa đề Đọc thêm về hệ thống phân tán, vấn đề tướng quân Ba Tư và blockchain Tóm lạibóng đá wap, quan điểm mà giới học thuật trước đây đưa ra cũng khá tương đồng với kết luận chúng ta vừa phân tích (vấn đề giao thức submit nguyên tử thực chất chỉ là một trường hợp đặc biệt của vấn đề đồng thuận).

Tuy nhiênxóc đĩa, điểm kỳ lạ của hệ thống phân tán sẽ được thể hiện ở đây. Những khác biệt nhỏ trong chi tiết có thể dẫn đến sự chênh lệch rất lớn. Nếu bạn cẩn thận đọc kỹ phần mô tả trước đó, bạn sẽ nhận ra một chi tiết như sau: khi chúng ta nói về vấn đề đồng thuận, điều mà chúng ta đang đề cập là... Nhiều nút đạt được sự thống nhất; và khi mô tả vấn đề cam kết nguyên tửxóc đĩa, chúng ta nói về việc tất cả các nút (bao gồm cả các nút bị lỗi) Việc đạt được sự đồng thuận giữa các bên tạo nên một sự khác biệt tinh tếkeo banh, khiến hai loại vấn đề này dường như biến thành những vấn đề hoàn toàn khác nhau (không loại nào có thể thay thế loại kia). Sự phân biệt này không chỉ đơn thuần là về nội dung mà còn liên quan đến cách tiếp cận và giải quyết, khiến mỗi vấn đề trở nên độc đáo và riêng biệt trong chính ngữ cảnh của nó.

đạt được một phần thành công (bao gồm cả các nút bị lỗi) thực hiện Commit hay Abort

Điểm mấu chốt ở đây làbóng đá wap, nếu một nút gặp vấn đề và không thể thực hiện bất kỳ hoạt động nào, làm thế nào nó có thể tham gia vào việc đạt được sự đồng thuận? Ý nghĩa của điều này là khi nút đó khôi phục lại, quyết định của nó (cho dù là Commit hay Abort) phải phù hợp với tất cả các nút khác. Liệu điều này có đồng nghĩa rằng mỗi khi có một nút gặp lỗi, giao thức submit nguyên tử sẽ luôn bị tạm dừng? Câu trả lời là không nhất thiết. Nguyên nhân nằm ở chỗ hai quyết định Abort và Commit không phải là đối xứng. Giả sử một nút bị sập, các nút còn lại hoàn toàn có thể chọn quyết định Abort (không phải Commit), dẫn đến việc toàn bộ giao dịch bị Abort mà không cần chờ đợi nút đó khôi phục. Khi nút đã bị sập khôi phục lại, nó sẽ nhận ra rằng giao dịch đã bị Abort và cũng xử lý theo hướng Abort. Trong quá trình này, các nút tham gia vào giao dịch phân tán sẽ... (bao gồm cả các nút bị lỗi) Ngay cả khi có sự cố như downtime tại thời điểm nàybóng đá wap, các bên vẫn đã thống nhất được về việc "commit" hay "abort" (và thỏa thuận đạt được là chọn abort). Chính những chi tiết nhỏ nhưng quan trọng như vậy đã khiến cho các giao thức phức tạp như hai-phase commit (2PC) và three-phase commit (3PC), vốn dĩ có vẻ đơn giản ở bề ngoài, thực chất lại không dễ để triển khai trong thực tế. Những vấn đề tưởng chừng như đơn thuần lại đòi hỏi sự tinh tế và chính xác cao, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa tất cả các nút tham gia trong mạng lưới.

đồng thuận thống nhất

Đến đâyxóc đĩa, chúng ta tóm tắt lại kết luận của chương này:

Vấn đề đồng thuận (consensus problem) đề cập đến cách thức để các nút trong một hệ thống phân tán có thể đạt được sự nhất trí về một đề xuất cụ thể. Điều này chỉ quan tâm đến việc các nút hoạt động bình thường có thể đạt được sự đồng thuận với nhau mà không cần xét đến các trường hợp lỗi xảy ra ở các nút khác.
thực hiện Commit hay Abort
Paxos và thuật toán giải bài toán các tướng Byzantine đều nhắm đến việc giải quyết vấn đề đồng thuận (consensus). Trong khi đóbóng đá wap, 2PC/3PC lại tập trung vào một dạng cụ thể của vấn đề đồng thuận thống nhất (uniform consensus), nhưng ở một phạm vi hẹp hơn, mang tính chuyên biệt hơn. Các thuật toán này đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính nhất quán và đáng tin cậy trong hệ thống phân tán, nhưng mỗi loại lại có cách tiếp cận và ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào đặc thù của vấn đề mà chúng giải quyết.

CAP và nhất quán tuyến tính

Ba chữ cái trong CAP đại diện cho ba tính chất chính của một hệ thống phân tán: nhất quán (consistency)keo banh, khả dụng (availability) và dung sai phân vùng (partition tolerance). Định lý CAP khẳng định rằng bất kỳ hệ thống phân tán nào cũng chỉ có thể cùng lúc đáp ứng được hai trong số ba tính chất này. Tuy nhiên, cách diễn giải này từng gây ra rất nhiều nhầm lẫn trong cộng đồng công nghệ. Cụ thể, nhiều người đã hiểu lầm rằng họ phải chọn giữa ba yếu tố này mà không nhận ra rằng việc cân bằng chúng phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng hệ thống. Ví dụ, nếu một doanh nghiệp cần một hệ thống có thể hoạt động liên tục dù mạng lưới gặp sự cố, họ sẽ ưu tiên khả dụng và dung sai phân vùng hơn là nhất quán. Ngược lại, nếu dữ liệu được yêu cầu phải hoàn toàn chính xác, họ sẽ chọn nhất quán và dung sai phân vùng thay vì khả dụng. Dù sao đi nữa, điều quan trọng là hiểu rõ bản chất của mỗi tính chất và làm thế nào để tối ưu hóa chúng dựa trên nhu cầu thực tế của hệ thống. Điều này đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về cả lý thuyết và thực tiễn của các kỹ sư phần mềm.

Để làm rõ thêm về chủ đề nàyxóc đĩa, chúng ta hãy tập trung trước vào chữ "C" trong CAP, nghĩa là tính nhất quán. Vậy nó có ý nghĩa gì? Theo bài báo gốc chứng minh định lý CAP [6], chữ "C" đề cập đến: Tính nhất quán ở đây có thể được hiểu như một trạng thái mà mọi node trong hệ thống đều đồng bộ và hiển thị cùng một giá trị tại bất kỳ thời điểm nào được yêu cầu. Nói cách khác, khi một giao dịch được thực hiện, tất cả các máy chủ hoặc node trong hệ thống sẽ nhận được thông tin cập nhật cùng lúc và không có sự xung đột giữa dữ liệu cũ và dữ liệu mới. Điều này tạo ra một môi trường đáng tin cậy và dễ quản lý hơn cho người dùng, đảm bảo rằng mọi kết quả trả về từ hệ thống luôn chính xác và không mâu thuẫn. Tuy nhiên, trong thế giới thực, việc duy trì tính nhất quán hoàn toàn thường không khả thi do các vấn đề liên quan đến độ trễ mạng, khối lượng giao dịch tăng cao hoặc lỗi hệ thống. Vì vậy, các hệ thống thường phải lựa chọn giữa việc duy trì tính nhất quán (C), khả năng phân tán (A) hay khả năng chịu đựng lỗi (P). Mỗi lựa chọn đều mang lại những ưu nhược điểm riêng, đòi hỏi nhà phát triển cần cân nhắc kỹ lưỡng để đạt hiệu quả tối ưu cho ứng dụng của mình. linearizable consistency nhất quán tuyến tính linearizability 。

Điều này nghe có vẻ hơi kỳ lạkeo banh, nhưng sự thật là như vậy. Nhất quán tuyến tính （ linearizability ) là định nghĩa gốc củ Và nhiều người khi nói về CAPkeo banh, thường coi C này là Nhất quán mạnh （ strong consistency tính nhất quán tuyến tính linearizability ) từ này.

nhất quán tuyến tính

Tuy nhiênkeo banh, làm thế nào để xác định điều đó là hợp lệ? Hãy cùng đi sâu vào một hệ thống lưu trữ và minh họa qua ví dụ. Giả sử trước tiên chúng ta ghi một giá trị (chẳng hạn như 1) vào một đối tượng dữ liệu cụ thể, sau đó khi thao tác ghi kết thúc, chúng ta đọc lại đối tượng dữ liệu đó (trong khoảng thời gian giữa việc ghi và đọc không có bất kỳ hoạt động ghi nào khác). Nếu giá trị đọc được là 1, thì đó là hợp lệ; còn nếu giá trị đọc không phải là 1, thì đó là bất hợp lệ. Tiếp tục giả thuyết rằng chúng ta thực hiện một lần đọc tiếp theo và phát hiện ra giá trị vẫn là 1, thì đó cũng là hợp lệ; ngược lại sẽ là bất hợp lệ. Nói cách khác, nếu một hoạt động đọc đã nhận được một giá trị nhất định, thì hoạt động đọc tiếp theo cho cùng một đối tượng dữ liệu phải nhận được cùng một giá trị đó (trừ khi có một hoạt động ghi khác xen giữa hai lần đọc này).

Những ví dụ này đều khá dễ hiểu vì từ góc nhìn của người quan sátbóng đá wap, chúng hoàn toàn hợp lý. Do đó, đối với một hệ thống lưu trữ phân tán, ý nghĩa của tính nhất quán tuyến tính có thể được thay thế bằng một mô tả cụ thể như sau: đối với bất kỳ đối tượng dữ liệu nào, Hệ thống hoạt động như thể nó chỉ có một bản sao duy nhất tạo ra vẻ như chỉ tồn tại một bản sao

Giải thích phổ thông về nhất quán trong CAP trên mạng thường có hai loại:

Sự nhất quán có nghĩa là: sau khi một hệ thống phân tán thực hiện một thao tác ghikeo banh, bất kỳ thao tác đọc nào tiếp theo đều phải nhận được giá trị mới nhất được ghi vào. Rõ ràng, nếu hệ thống hoạt động như thể nó chỉ có duy nhất một bản sao, thì mô tả này sẽ đúng. Tuy nhiên, điều đó chỉ là một trường hợp đặc biệt của sự nhất quán tuyến tính mà thôi, và có vẻ như hơi vội vàng trong việc tổng quát hóa vấn đề. Hãy tưởng tượng rằng bạn đang quản lý một cơ sở dữ liệu chia sẻ giữa nhiều máy chủ khác nhau. Khi một máy chủ thực hiện một thay đổi trên dữ liệu, tất cả các máy chủ khác cần phải "biết" về sự thay đổi đó để đảm bảo rằng mọi thứ vẫn đồng bộ và không mâu thuẫn. Nếu chúng ta giả định rằng hệ thống hoạt động như một bản sao đơn lẻ, thì việc đảm bảo sự nhất quán sẽ trở nên dễ dàng hơn nhiều. Nhưng thực tế không phải lúc nào cũng đơn giản như vậy. Các hệ thống phân tán thường gặp phải những vấn đề như độ trễ mạng, lỗi kết nối, hoặc các bản cập nhật không đồng bộ, khiến cho việc duy trì sự nhất quán hoàn toàn trở thành một thách thức lớn. Chính vì vậy, việc hiểu rõ rằng sự nhất quán tuyến tính chỉ là một khía cạnh nhỏ trong toàn bộ bức tranh là rất quan trọng.
ở cùng thời điểm với dữ liệu logic giống nhau

Chúng ta đã đề cập trước đó rằng tính nhất quán tuyến tínhxóc đĩa, còn được gọi là tính nhất quán mạnh. Có lẽ lý do nó được gọi như vậy là vì tính nhất quán tuyến tính đặt ra một yêu cầu "rất mạnh" đối với các bản sao dữ liệu, khiến hệ thống hoạt động giống như thể chỉ tồn tại duy nhất một bản sao. Điều này có nghĩa là bất kỳ sự thay đổi nào trên một bản sao cũng phải được đồng bộ hóa tức thì và hoàn toàn đến tất cả các bản sao khác trong hệ thống, đảm bảo rằng mọi giao dịch đều có vẻ như diễn ra trên cùng một phiên bản dữ liệu duy nhất.

tính nhất quán mạnh

Trong lịch sửxóc đĩa, định lý CAP nổi tiếng đến mức không gì sánh được, nhưng thực tế tác động của nó lại không lớn như mọi người tưởng. Khi lý thuyết phân tán phát triển, chúng ta dần nhận ra rằng CAP không phải là một lý thuyết "toàn năng", không thể giải quyết tất cả các vấn đề trong việc thiết kế hệ thống phân tán. Ngược lại, định lý này đã gây ra nhiều hiểu lầm và làm rối loạn trong cách hiểu của mọi người (chi tiết về vấn đề này sẽ không đi sâu). Do đó, có thể dự đoán rằng trong tương lai, tầm ảnh hưởng của định lý CAP sẽ tiếp tục giảm mạnh. Một điều thú vị là, thay vì chỉ tập trung vào CAP, các nhà nghiên cứu hiện nay đang tìm kiếm những khái niệm mới và linh hoạt hơn để giải quyết các vấn đề phức tạp trong môi trường phân tán. Điều này cho thấy sự tiến bộ không ngừng trong ngành công nghệ, nơi mà mỗi ngày, chúng ta lại tìm ra cách vượt qua những giới hạn trước đây. Và dù CAP vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền tảng kiến trúc, nó không còn là tiêu chuẩn duy nhất để đánh giá hiệu quả của một hệ thống phân tán nữa.

Tài liệu tham khảo:

Trong bài viết nàyxóc đĩa, chúng ta đã phân tích nhiều khái niệm được gọi là "đồng nhất tính" trong hệ thống phân tán. Tuy nhiên, chủ đề này vẫn chưa kết thúc. Tôi sẽ tiếp tục thảo luận về các khái niệm như đồng nhất tính tuần tự, đồng nhất tính tuyến tính và đồng nhất tính cuối cùng trong bài viết tiếp theo của mình. Hy vọng những chia sẻ sắp tới sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về vấn đề phức tạp nhưng đầy thú vị này.

Giữ cân bằng giữa kỹ thuật và kinh doanh

Phân tích chi tiết phân tán: Nhất quán nhân quả và không gian-thời gian tương đối

[1] Martin Kleppmannxóc đĩa,《Designing Data-Intensive Applications》, 2017.
[2] Vassos Hadzilacosxóc đĩa, “On The Relationship Between The Atomic Commitment And Consensus Problems”, 1990.
[3] Philip A. Bernsteinkeo banh, Vassos Hadzilacos, Nathan Goodman, 《Concurrency Control And Recovery in Database Systems》, 1987.
[4] Jim Graykeo banh, “A Comparison Of The Byzantine Agreement Problem And The Transaction Commit Problem”, 1988.
[5] Bernadette Charron-Bostbóng đá wap, André Schiper, “Uniform Consensus Is Harder Than Consensus”, 2001.
[6] Seth Gilbertxóc đĩa, Nancy Lynch, “Brewer’s Conjecture and the Feasibility of Consistent, Available, Partition-Tolerant Web”, 2002.
[7] MAURICE P. HERLIHYbóng đá wap, JEANNETTE M. WING, “Linearizability: A Correctness Condition for Concurrent Objects”, 1990.

Các bài viết được chọn lọc khác ：

Bài viết gốcxóc đĩa, vui lòng ghi rõ nguồn và bao gồm mã QR bên dưới! Nếu không, từ chối tái bản!
Liên kết bài viết này: /sx5rpz3o.html
Hãy theo dõi tài khoản Weibo cá nhân của tôi: Tìm kiếm tên tôi "Trương Thiết Lệ" trên Weibo.