Paxos算法优化与算法应用研究

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作者 刘春涨 毛乐乐 +1 位作者 欧阳达 王丽颖 《物联网技术》 2025年第17期116-118,共3页

Paxos算法作为分布式系统领域的核心算法之一,主要用于解决分布式环境下的一致性问题。随着技术的发展,Paxos算法不断优化,以适应不断扩展的网络和计算需求。早期的强领导者模型与弱领导者模型各有优势,然而二者均存在一定局限性,不仅... Paxos算法作为分布式系统领域的核心算法之一,主要用于解决分布式环境下的一致性问题。随着技术的发展,Paxos算法不断优化,以适应不断扩展的网络和计算需求。早期的强领导者模型与弱领导者模型各有优势,然而二者均存在一定局限性,不仅面临性能方面的挑战,而且在可扩展性上也存在瓶颈。为此,通过优化日志空洞处理、改进数据恢复流程、引入全局唯一自增ID的生成方法等策略,使Paxos算法的性能和可用性得到了显著的提升。此外,将Paxos算法与分布式计算模型、现代硬件技术(如RDMA和FPGA)以及现代共识模型(如YAC、MEPaxos)相结合,进一步增强了算法性能和可扩展性。尤其是SQPaxos变体,其在解决广域网低延迟共识问题方面取得了重要进展。这些优化策略不仅增强了算法在不稳定网络环境下的鲁棒性,还为未来分布式系统的设计提供了新思路。 展开更多

关键词 paxos算法 分布式系统 领导者模型 数据一致性 共识模型 广域网

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Paxos算法的研究及改进 被引量：2

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作者 刘克礼 张文盛 《安徽开放大学学报》 2024年第2期84-91,共8页

为进一步提高Paxos算法的执行效率和可用性,采用数学集合的方法,从锁的角度分析算法,深入研究值的确定和持久化问题,引入不变性保证和提案锁模型,通过将两者有机结合,形成简洁和有效的分布式一致性算法。

关键词 paxos算法 多数决 不变性 提案锁

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PaxosStore中共识协议TPaxos的推导、规约与精化 被引量：3

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作者 易星辰 魏恒峰 +2 位作者 黄宇 乔磊 吕建 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期2336-2361,共26页

PaxosStore是腾讯开发的高可用分布式存储系统,现已用于全面支持微信核心业务.PaxosStore实现了分布式共识协议Paxos的一种变体,称为TPaxos.TPaxos的新颖之处在于其“统一性”:为每个参与者维护统一的状态类型,并采用统一格式的消息进... PaxosStore是腾讯开发的高可用分布式存储系统,现已用于全面支持微信核心业务.PaxosStore实现了分布式共识协议Paxos的一种变体,称为TPaxos.TPaxos的新颖之处在于其“统一性”:为每个参与者维护统一的状态类型,并采用统一格式的消息进行通信.然而,这种设计方案也带来了TPaxos与Paxos之间的诸多差异,给理解TPaxos造成了障碍.其次,虽然腾讯开源了TPaxos协议的核心代码(包括伪代码与C++代码),但TPaxos仍缺少抽象而精确的形式化规约.最后,根据文献检索,TPaxos的正确性尚未经过必要的数学论证或者形式化工具的检验.针对这些情况,有3个主要贡献:首先,从经典的Paxos协议出发,论证如何逐步推导出TPaxos协议.基于这种推导,可以将TPaxos看作Paxos的一种自然变体,更易于理解.其次,给出了TPaxos协议的TLA+形式化规约.在开发规约的时候发现,TPaxos协议描述中存在至关重要但并未充分阐明的微妙之处:在消息处理阶段,参与者(作为接受者角色)是先作出“不再接受具有更小编号的提议”的承诺(promise),还是先接受(accept)提议?这导致了对TPaxos的两种不同理解,并促使提出TPaxos的一种变体,称为TPaxosAP.在TPaxosAP中,参与者先接受提议后作承诺.最后,使用精化(refinement)技术论证了TPaxos与TPaxosAP的正确性.特别地,由于已知的投票机制Voting不能完全描述TPaxosAP的行为,首先提出了适用于TPaxosAP的投票机制EagerVoting,然后建立了从TPaxosAP到EagerVoting以及从EagerVoting到Consensus的精化关系,并使用TLC模型检验工具验证了它们的正确性. 展开更多

关键词 paxos paxosStore 共识协议 TLA+ 精化关系 模型检验

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Paxos算法的研究与改进 被引量：7

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作者 杨革 徐虹 《科技创新与应用》 2017年第7期25-26,共2页

Paxos算法是分布式系统中解决一致性问题的最重要的算法,但该算法在活性和性能两个方面存在不足。文章通过对Paxos算法及其现有优化算法的研究和对比,提出了一种基于超时机制的Paxos改进算法TB-Paxos(Timeout-based Paxos)。TBPaxos通过... Paxos算法是分布式系统中解决一致性问题的最重要的算法,但该算法在活性和性能两个方面存在不足。文章通过对Paxos算法及其现有优化算法的研究和对比,提出了一种基于超时机制的Paxos改进算法TB-Paxos(Timeout-based Paxos)。TBPaxos通过对Proposer在重新发起prepare请求前加入随机等待时间能有效地避免算法出现活锁,以及在Proposer添加固定的等待时间、减少必要的Acceptor数量以及添加额外消息能有效地提升算法的执行效率。 展开更多

关键词 一致性算法 paxos 超时机制 TB-paxos

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基于消息传递的Paxos算法研究 被引量：12

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作者 许子灿 吴荣泉 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第21期287-290,共4页

针对分布式系统中的一致性问题,对基本Paxos算法中的3种角色进行分步骤阶段分析,提出5种行为优化改进措施,其中包括限制角色提案、引入随机机制、提前拦截消息、减少消息传递和增加角色行为等方法。实验结果表明,改进后的算法能降低通... 针对分布式系统中的一致性问题,对基本Paxos算法中的3种角色进行分步骤阶段分析,提出5种行为优化改进措施,其中包括限制角色提案、引入随机机制、提前拦截消息、减少消息传递和增加角色行为等方法。实验结果表明,改进后的算法能降低通信负载,提高系统安全,从而使分布式系统具有高可用性及高一致性。 展开更多

关键词 一致性 消息传递 paxos算法 投票选举 行为优化

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基于Coq的Paxos形式化建模与验证 被引量：6

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作者 李亚男 邓玉欣 刘静 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期2362-2374,共13页

Paxos是一个在不可靠的分布式处理器网络中解决共识问题的算法族.共识问题是指分布式系统中一组参与者就一个结果达成一致的过程.随着Paxos在大型分布式系统中的广泛运用,比如区块链系统以及谷歌文件系统等,其安全性证明越来越重要.在... Paxos是一个在不可靠的分布式处理器网络中解决共识问题的算法族.共识问题是指分布式系统中一组参与者就一个结果达成一致的过程.随着Paxos在大型分布式系统中的广泛运用,比如区块链系统以及谷歌文件系统等,其安全性证明越来越重要.在定理证明工具Coq中,形式化描述和定义了Lamport的Basic Paxos算法,并且证明了其满足共识性. 展开更多

关键词 分布式系统 Basic paxos 定理证明工具 COQ 验证

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铁路客票系统中基于Paxos算法的数据一致性模型研究 被引量：2

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作者 王红爱 祝红光 贾新茹 《铁路计算机应用》 2012年第2期24-25,30,共3页

文章介绍分布式系统中解决一致性问题的Paxos算法,分析铁路客票发售和预定系统(简称客票系统)的数据架构,建立了基于Paxos算法的数据一致性模型。该模型可以解决铁路客票系统中数据的一致性和完整性问题。

关键词 数据一致性 paxos算法 客票系统 云计算

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一种基于Paxos算法的高可用分布式锁服务系统 被引量：2

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作者 杨春明 杜炯 《西南科技大学学报》 CAS 2014年第2期60-65,共6页

针对分布式应用中资源共享的一致性问题,分析了Paxos算法中3种角色的特点,提出了一种基于该算法的外部分布式锁服务系统,该系统定义了8种锁原语基本操作,利用Fast-Leader-Election算法选举Leader节点,设计了数据初始化、数据写同步算法... 针对分布式应用中资源共享的一致性问题,分析了Paxos算法中3种角色的特点,提出了一种基于该算法的外部分布式锁服务系统,该系统定义了8种锁原语基本操作,利用Fast-Leader-Election算法选举Leader节点,设计了数据初始化、数据写同步算法。实验结果表明该系统具有分布式锁服务的容错性,在高并发下具有高可用性及数据一致性。 展开更多

关键词 分布式 一致性 paxos算法 锁服务

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面向云计算基础课程的Paxos算法教学设计研究 被引量：3

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作者 杨立君 郭林 《软件导刊》 2019年第10期191-194,200,共5页

云计算作为一种新型计算模型,自诞生以来受到了业界与学术界广泛关注,市场规模迅速扩大,国内许多大学的计算机专业都开始关注云计算课程教学。针对云计算课程技术内容新、涉及理论多、应用范围广,以及与商业运营模式结合紧密等特点,以... 云计算作为一种新型计算模型,自诞生以来受到了业界与学术界广泛关注,市场规模迅速扩大,国内许多大学的计算机专业都开始关注云计算课程教学。针对云计算课程技术内容新、涉及理论多、应用范围广,以及与商业运营模式结合紧密等特点,以谷歌公司的云计算核心技术分布式锁服务Chubby所采用的Paxos算法为例,对云计算教学内容与教学方法进行设计探究。详细阐述了Paxos算法工作原理,并设计了具体教学案例,该教学方案在实际教学实践中获得了良好的教学效果,加深了学生对Paxos算法的理解。 展开更多

关键词 云计算 教学设计 Chubby paxos算法

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基于Paxos算法的ATS数据分布式存储模型 被引量：2

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作者 袁志明 方力一 《铁道通信信号》 2012年第12期5-8,共4页

在对ATS系统关键性数据存储问题进行分析的基础上,以数据的可靠性和完备性为目标,提出了一种基于Paxos算法的ATS数据分布式存储模型,并对模型的运行机制进行了论述。该模型已在ATS仿真系统中得到了应用,并取得了良好的效果。

关键词 paxos算法 分布式存储 一致性

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基于paxos算法的Hadoop分布式文件系统高可用性探究 被引量：1

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作者 周丹 《电子测试》 2014年第S1期24-26,共3页

针对物流集成平台Hadoop架构中Namenode结点的单点失效问题,提出采用元数据服务器集群工作方式解决Namenode单点问题。相比于Face Book提出Avatar机制,该方案具有不丢失数据、快速故障恢复、自动切换等优点。引入Paxos一致性算法,解决... 针对物流集成平台Hadoop架构中Namenode结点的单点失效问题,提出采用元数据服务器集群工作方式解决Namenode单点问题。相比于Face Book提出Avatar机制,该方案具有不丢失数据、快速故障恢复、自动切换等优点。引入Paxos一致性算法,解决多服务器之间数据不一致问题。实验表明,同一时刻该方案能容忍(N-1)/2台服务器失效,具有高可用性。 展开更多

关键词 云计算 单点失效 paxos算法 HDFS 可用性

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云存储中基于PAXOS算法的数据一致性研究 被引量：1

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作者 赵瑞芬 《科技视界》 2013年第34期64-64,121,共2页

云存储技术需要完善的数据一致性管理机制以保证分布式计算环境中的数据安全、可用和可靠性。本文分析了云存储中数据一致性问题,介绍了分布式系统中解决数据一致性问题的paxos算法,提出了基于paxos算法的数据复制一致性问题解决方案。... 云存储技术需要完善的数据一致性管理机制以保证分布式计算环境中的数据安全、可用和可靠性。本文分析了云存储中数据一致性问题,介绍了分布式系统中解决数据一致性问题的paxos算法,提出了基于paxos算法的数据复制一致性问题解决方案。该解决方案对于云存储系统的设计和构建有一定的参考价值。 展开更多

关键词 数据一致性 paxos算法 云存储

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类Paxos共识算法研究进展 被引量：16

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作者 王江 章明星 +2 位作者 武永卫 陈康 郑纬民 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期692-707,共16页

随着互联网数据量和业务量的快速增长,集群规模越来越大,由于机器和网络等故障使得业务中断的可能性越来越高.如何实现一个容错的分布式系统十分重要.多机达成共识是分布式容错系统中一个最基础,最核心的问题.Paxos等一系列共识算法的... 随着互联网数据量和业务量的快速增长,集群规模越来越大,由于机器和网络等故障使得业务中断的可能性越来越高.如何实现一个容错的分布式系统十分重要.多机达成共识是分布式容错系统中一个最基础,最核心的问题.Paxos等一系列共识算法的出现有效地解决了这个问题.近年来,越来越多的系统使用共识相关技术,关于分布式共识算法的研究也层出不穷.这些共识算法可以被划分成2个大类:强领导者共识算法和弱领导者共识算法.随着远程直接内存访问(remote direct memory access, RDMA)等网络技术和现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)等硬件技术的发展,又出现了一些结合新型网络和硬件技术的共识算法研究,用来提升分布式系统的性能.将从分布式共识算法发展历程的角度,介绍Paxos系列算法,阐述算法演进过程中的关键研究,讨论相关算法在不同场景下的优劣势,并展望该类算法的未来发展方向与前景. 展开更多

关键词 分布式共识 容错 paxos算法 强领导者共识 弱领导者共识

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一种基于Paxos算法的证券交易系统内存复制方法研究 被引量：2

14

作者 黄晓东 张勇 +3 位作者 邢春晓 黄寅飞 武剑锋 白硕 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2012年第12期139-144,166,共7页

近年来随着高速网络技术的发展与高频交易需求的增加,提升交易速度成为电子商务交易提供者的重要关切。当前交易系统通常采用基于共享存储的主备机复制方法来保证高可用性与数据持久性,但因其存在持久化的性能瓶颈而无法进一步降低延迟... 近年来随着高速网络技术的发展与高频交易需求的增加,提升交易速度成为电子商务交易提供者的重要关切。当前交易系统通常采用基于共享存储的主备机复制方法来保证高可用性与数据持久性,但因其存在持久化的性能瓶颈而无法进一步降低延迟。为此,提出一种基于Paxos算法的内存数据复制方法,即通过消息传递完成主备机复制,以保证结点间数据的一致性,容忍可能发生的良性故障;并以证券交易系统场景为例对其进行分析。实验结果表明,相比基于共享存储的主备机复制,该方法在万兆以太网环境下可将交易系统订单处理延迟由毫秒级降至百微秒级,并在主机故障时正确地完成热备切换。 展开更多

关键词 数据复制 高可用性 低延迟 交易系统 paxos算法

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应用Paxos算法构建自组织网络 被引量：4

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作者 高石玉 艾中良 刘忠麟 《计算机工程与应用》 CSCD 2014年第6期88-91,204,共5页

着重阐述如何利用Paxos算法构建多节点自组织网络,提出利用该算法完成实时更新、同步节点全局视图的工作。结合该算法的开源实现开发出功能完善的原型系统,弥补开源实现中部分功能缺失所带来的应用缺陷。通过相关实验测定其具有在秒级... 着重阐述如何利用Paxos算法构建多节点自组织网络,提出利用该算法完成实时更新、同步节点全局视图的工作。结合该算法的开源实现开发出功能完善的原型系统,弥补开源实现中部分功能缺失所带来的应用缺陷。通过相关实验测定其具有在秒级时间内完成节点快速加入以及退出的能力。证明其具备在实际应用场景中进行部署的能力,可以满足各种分布式应用程序对底层自组织网络的高可靠性以及高可用性要求。 展开更多

关键词 自组织网络 paxos算法 网络自动重组

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使用模型检测方法对Paxos算法进行验证与改进 被引量：1

16

作者 何东炼 杨晋吉 +1 位作者 赵淦森 管金平 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2022年第5期1109-1113,共5页

因通信的同步问题、网络分区的可靠性问题等,分布式系统难以在通信、分区等环节失效的情况下对特定的状态达成共识.Paxos是近年分布式系统中常见且有效的共识算法,本文通过使用模型检测的方法对Paxos算法进行形式化建模,分析和验证了Pa... 因通信的同步问题、网络分区的可靠性问题等,分布式系统难以在通信、分区等环节失效的情况下对特定的状态达成共识.Paxos是近年分布式系统中常见且有效的共识算法,本文通过使用模型检测的方法对Paxos算法进行形式化建模,分析和验证了Paxos作为共识算法所应当满足的性质,结果表明,Paxos算法满足安全性、活性,但执行过程中有发生活锁的可能,并通过模型检测器重现了算法发生活锁时的运行轨迹.最后通过对算法进行改进,以应对现有算法执行过程中可能出现的活锁问题,并通过了模型检测器的验证. 展开更多

关键词 形式化验证 模型检测 paxos SPIN

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MEPaxos:低延迟的共识算法 被引量：2

17

作者 赵守月 葛洪伟 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2019年第5期866-874,共9页

共识问题作为分布式计算中最重要的基本问题之一,被广泛应用在状态机复制、原子广播、领导者选举等领域。解决共识问题的算法通常存在单领导者性能瓶颈、响应延迟受命令冲突的影响等问题。针对这些问题,在非拜占庭故障下的异步分布式系... 共识问题作为分布式计算中最重要的基本问题之一,被广泛应用在状态机复制、原子广播、领导者选举等领域。解决共识问题的算法通常存在单领导者性能瓶颈、响应延迟受命令冲突的影响等问题。针对这些问题,在非拜占庭故障下的异步分布式系统中,提出了一种低延迟的共识算法MEPaxos(modified Egalitarian Paxos)。首先,提出了系统平均延迟的计算方法;然后,引入超时机制对二阶段提交算法进行改进;接着,根据系统平均延迟计算结果,利用改进的二阶段提交算法自动选择平均延迟较小的算法模式执行;最后,在亚马逊弹性计算云(elastic compute cloud,EC2)平台上将此算法与当前共识算法进行实验对比分析,结果表明,MEPaxos算法下,系统延迟性能得到了提升。 展开更多

关键词 分布式计算 共识算法 低延迟 paxos

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基于Paxos算法的分布式计算模型探究 被引量：2

18

作者 刘春涨 王丽颖 +2 位作者 靳庆庚 郭瑞 刘金辉 《物联网技术》 2016年第4期56-57,共2页

文中首先介绍了一致性算法的应用状况,重点结合Paxos算法对并行计算的方法进行了探究。分析了计算机的计算问题,进行了问题抽象,设计了一个基于Paxos算法的分布式计算的原型系统。并通过仿真实验验证了方案的可行性。

关键词 paxos算法 并行计算 计算方法 分布式计算

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基于Paxos的强一致性复制在天文数据存储中的应用研究 被引量：1

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作者 童彬 王锋 +1 位作者 刘应波 张帆 《天文研究与技术》 CSCD 2019年第1期107-113,共7页

随着新一代天文观测技术的快速发展,观测设备所获得的科学数据迅猛增长,传统的外挂式存储设备已经难以满足海量观测数据的近实时存储和同步数据处理的需求。基于廉价硬件的分布式存储系统是解决当前天文观测数据存储的有效手段。由于廉... 随着新一代天文观测技术的快速发展,观测设备所获得的科学数据迅猛增长,传统的外挂式存储设备已经难以满足海量观测数据的近实时存储和同步数据处理的需求。基于廉价硬件的分布式存储系统是解决当前天文观测数据存储的有效手段。由于廉价硬件节点发生故障的概率相对较高,为了确保科学观测和数据的可靠存储,提出了一种基于Paxos的改进的分布式软件多副本复制算法。实验表明,在针对大于1 MB的天文FITS图像文件存储过程中,算法虽然增加少量的存储延迟,但能够容忍多种软硬件异常下多个副本的强一致性,较好地解决当前海量天文数据存储中的多副本数据存储的一致性问题。 展开更多

关键词 分布式存储 复制一致性 paxos

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Paxos优化算法下的数据库元数据一致性方法研究 被引量：1

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作者 周一帆 《现代电子技术》 2013年第13期65-67,70,共4页

通过对Paxos算法的研究与分析,从缩减阶段过程、减少Learner通信量、使用快照机制进行节点崩溃恢复和使用批量提交方式节省通信量等方面改进了基本的Paxos算法,并搭建仿真实验环境,测试验证优化的Paxos算法的效果及性能,得出结论。

关键词 元数据一致性 paxos 阈值 Leader节点

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