分布式算法---gossip 协议
gossip 协议(gossip protocol)又称 epidemic 协议(epidemic protocol),是基于流行病传播方式的节点或者进程之间信息交换的协议,在分布式系统中被广泛使用,比如我们可以使用 gossip 协议来确保网络中所有节点的数据一样。
Gossip协议是基于六度分隔理论(Six Degrees of Separation)哲学的体现,简单的来说,一个人通过6个中间人可以认识世界任何人。数学公式是:
n表示复杂度,N表示人的总数,W表示每个人的联系宽度。依据邓巴数,即每个人认识150人,其六度就是1506 =11,390,625,000,000(约11.4万亿)。
基于六度分隔理论,任何信息的传播其实非常迅速,而且网络交互次数不会很多。比如Facebook在2016年2月4号做了一个实验:研究了当时已注册的15.9亿使用者资料,发现这个神奇数字的“网络直径”是4.57,翻成白话文意味着每个人与其他人间隔为4.57人。
Gossip 协议的消息传播方式有两种:Anti-Entropy(反熵传播)和Rumor-Mongering(谣言传播)。
反熵传播是以固定的概率传播所有的数据。所有参与节点只有两种状态:Suspective(病原)、Infective(感染)。这种节点状态又叫做simple epidemics(SI model)。过程是种子节点会把所有的数据都跟其他节点共享,以便消除节点之间数据的任何不一致,它可以保证最终、完全的一致。缺点是消息数量非常庞大,且无限制;通常只用于新加入节点的数据初始化。
谣言传播是以固定的概率仅传播新到达的数据。所有参与节点有三种状态:Suspective(病原)、Infective(感染)、Removed(愈除)。这种节点状态又叫做complex epidemics(SIR model)。过程是消息只包含最新 update,谣言消息在某个时间点之后会被标记为 removed,并且不再被传播。缺点是系统有一定的概率会不一致,通常用于节点间数据增量同步。
Gossip 协议最终目的是将数据分发到网络中的每一个节点。根据不同的具体应用场景,网络中两个节点之间存在三种通信方式:推送模式、拉取模式、Push/Pull。
Push: 节点 A 将数据 (key,value,version) 及对应的版本号推送给 B 节点,B 节点更新 A 中比自己新的数据
Pull:A 仅将数据 key, version 推送给 B,B 将本地比 A 新的数据(Key, value, version)推送给 A,A 更新本地
Push/Pull:与 Pull 类似,只是多了一步,A 再将本地比 B 新的数据推送给 B,B 则更新本地
如果把两个节点数据同步一次定义为一个周期,则在一个周期内,Push 需通信 1 次,Pull 需 2 次,Push/Pull 则需 3 次。虽然消息数增加了,但从效果上来讲,Push/Pull 最好,理论上一个周期内可以使两个节点完全一致。直观上,Push/Pull 的收敛速度也是最快的。
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