[论文解读] Multileader WAN Paxos: Ruling the Archipelago with Fast Consensus.

Ailidani Ailijiang, Aleksey Charapko+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2017

Distributed systems and fault tolerance参考文献 21被引用 6

一句话总结

WPaxos 是一种多领导者的广域网（WAN）Paxos 协议，通过灵活的多数派机制，基于访问局部性动态地在多个地理分布的领导者之间划分对象空间，从而最小化广域网通信，实现低延迟、高吞吐量的一致性。通过自适应对象迁移和本地操作优化，其平均延迟比 EPaxos 快达 18 倍，中位延迟快达 65 倍。

ABSTRACT

We present WPaxos, a multileader wide area network (WAN) Paxos protocol, that achieves low-latency high-throughput consensus across WAN deployments. WPaxos dynamically partitions the global object-space across multiple concurrent leaders that are deployed strategically using flexible quorums. This partitioning and emphasis on local operations allow our protocol to significantly outperform leaderless approaches, such as EPaxos, while maintaining the same consistency guarantees. Unlike statically partitioned multiple Paxos deployments, WPaxos adapts dynamically to the changing access locality through adaptive object stealing. The ability to quickly react to changing access locality not only speeds up the protocol, but also enables support for mini-transactions. We implemented WPaxos and evaluated it across WAN deployments using the benchmarks introduced in the EPaxos work. Our results show that WPaxos achieves up to 18 times faster average request latency and 65 times faster median latency than EPaxos due to the reduction in WAN communication.

研究动机与目标

• 解决如 EPaxos 等无领导者一致性协议在广域网（WAN）环境中部署时的高延迟问题。
• 在不牺牲强一致性保证的前提下，提升地理分布系统中的吞吐量并降低延迟。
• 通过适应动态访问局部性，高效支持微型事务。
• 通过引入运行时可适应性，克服多个 Paxos 实例中静态分区的局限性。

提出的方法

• 基于访问局部性，将全局对象空间动态划分为多个并发领导者。
• 采用灵活的多数派机制，使一致性能够在最小化跨广域网通信的前提下达成。
• 通过自适应对象迁移，在访问模式变化时在领导者之间迁移对象。
• 通过优先处理本地操作来优化性能，减少对广域网通信的依赖。
• 通过确保所有操作通过全局全序排序，即使在不同领导者之间也维持强一致性。
• 复用 EPaxos 的基准测试框架，以实现与 EPaxos 的直接性能对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 多领导者 Paxos 协议是否能在广域网环境中显著降低延迟，相比 EPaxos 等无领导者协议？
• RQ2 在访问模式变化的情况下，动态对象分区和自适应迁移机制在多大程度上能有效提升性能？
• RQ3 多领导者一致性在多大程度上能够支持微型事务，同时保持低延迟？
• RQ4 灵活的多数派配置在不损害一致性的情况下，是否能有效减少广域网通信？

主要发现

• 在广域网部署中，WPaxos 的平均请求延迟最高比 EPaxos 快 18 倍。
• WPaxos 的中位请求延迟比 EPaxos 快 65 倍，展现出显著的性能提升。
• 通过优先处理本地操作并利用自适应对象迁移将数据与访问热点对齐，协议显著减少了广域网通信。
• 尽管使用了多个领导者和动态分区，WPaxos 仍保持与 EPaxos 相同的强一致性保证。
• 通过快速响应访问局部性的变化，协议能够高效支持微型事务。
• 性能提升主要源于减少了跨数据中心通信，而不仅仅是算法优化。