源码解读etcd heartbeat,election timeout之间的拉锯

转一个我在知乎上回答的有关raft election timeout/ heartbeat interval 的回答吧。

源码解读etcd heartbeat,election timeout之间的拉锯


答:准确来讲: election是timeout,而heartbeat 是interval, 这样就很容易理解了。

heartbeat interval 是leader 安抚folower的时间,这个时间间隔是体现在leader上,是leader发送心跳的周期 (我xxxx ms 来一次)。

election timeout 是follower能容忍多久没收到心跳开始骚动的时间 (我等你xxxx ms,没来我就起义)。

为压制follower随时起义的骚动,heartbeat timeout 一般小于 election timeout。

源码解读etcd heartbeat,election timeout之间的拉锯

楼主说两个配置超时,都会成为候选者,实际上,heartbeat interval/election timeout 是一个此消彼长的拉锯。

  1. 想象一个刚初始化的集群,大家都是follower,没有heartbeat压制, 各follower节点的election timeout之后开始骚动。

  2. 在一次选举周期没有选出leader,很可能是选票瓜分了, 需要发起新的选举; 为缓解选票瓜分的情况, 每个节点的election timeout骚动时间是随机的。

  3. 发生网络分区的时候, 少数派分区的follower收不到leader 的安抚,是不是又要起义,这个时候election timeout也起作用了。

我们结合etcd的默认配置和源码理解:

目前etcd默认heartbeat = 100ms, election = 1000ms

https://github.com/etcd-io/etcd/blob/5fd69102ce785136aeb3168c56adce7957b99e2d/raft/raft.go#L1718

raft 为节点定义了以下状态:

const (     StateFollower StateType = iota     StateCandidate     StateLeader     StatePreCandidate     numStates ) 

becomeLeader 注册了定期发送心跳的动作 r.tick = r.tickHeartbeat ;

becomeFollower becomeCandidate becomePreCandidate 都注册了(没收到安抚而)起义的动作 r.tick = r.tickElection;

我们以follower节点为例:

func (r *raft) becomeFollower(term uint64, lead uint64) { 	r.step = stepFollower 	r.reset(term) 	r.tick = r.tickElection 	r.lead = lead 	r.state = StateFollower 	r.logger.Infof("%x became follower at term %d", r.id, r.Term) } 
  • r.reset(term)==> r.resetRandomizedElectionTimeout() 会接受传播过来的term,并计算随机选举超时时间。
func (r *raft) resetRandomizedElectionTimeout() { 	r.randomizedElectionTimeout = r.electionTimeout + globalRand.Intn(r.electionTimeout) } 

从上面源码看出,etcd默认配置产生的节点随机超时时间是 [1000,2000]ms。

  • r.tickElection 会判断:如果当前经历的时间electionElapsed大于随机超时时间,就开始起义,并重置electionElapsed时间。
func (r *raft) tickElection() { 	r.electionElapsed++  	if r.promotable() && r.pastElectionTimeout() { 		r.electionElapsed = 0 		if err := r.Step(pb.Message{From: r.id, Type: pb.MsgHup}); err != nil { 			r.logger.Debugf("error occurred during election: %v", err) 		} 	} }  func (r *raft) pastElectionTimeout() bool { 	return r.electionElapsed >= r.randomizedElectionTimeout } 

becomePreCandidate 没有r.reset(term)动作,这是一个预投票状态,也称prevote,这也是etcd的常见面试题。

prevote 是论文作者为解决“分区少数派重新加入集群,因为高term导致集群瞬间不稳定”的提出的方案,etcd 默认加入prevote机制, 在成为真正意义的候选者之前不自增term,先预投票,因为其他节点一直收到心跳,并不会起义,故该节点预投票拿不到多数投票,等到该节点收到leader心跳,自行降为follower,term和Leader一致,   现在这一机制已经插入到每次follower-->Candidate之间。

	switch m.Type { 	case pb.MsgHup: 		if r.preVote { 			r.hup(campaignPreElection) 		} else { 			r.hup(campaignElection) 		} 

源码解读etcd heartbeat,election timeout之间的拉锯

Prevote是一个典型的2PC协议,第一阶段先征求其他节点是否同意选举,如果同意选举则发起真正的选举操作,否则降为Follower角色。这样就避免了网络分区节点重新加入集群,触发不必要的选举操作。

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