1.程序结构
lab2的实验是要实现以下接口
// create a new Raft server instance:
rf := Make(peers, me, persister, applyCh)
// start agreement on a new log entry:
rf.Start(command interface{}) (index, term, isleader)
// ask a Raft for its current term, and whether it thinks it is leader
rf.GetState() (term, isLeader)
// each time a new entry is committed to the log, each Raft peer
// should send an ApplyMsg to the service (or tester).
type ApplyMsg
其中参数在注释中基本都有解释。
Make 用来创建点对点server ，peers是所有的server，len(peers)也就是所有的server数量，me就是当前的server，也就是在peers中的下标。persister和applyCh 以及Start函数在2A实验中没有用上。
做实验前强烈建议多读几遍raft论文。
助教的student guide 也很重要：
2.常见问题
-
什么时候需要重置超时选举时间？在 studen guide中写到有3种情况需要重置超时时间：
a) 从当前的leader 中收到 AppendEntries ，收到过期的不需要重置
b) 开始一轮选举的时候，当然本轮没有选举结果开始下一轮的时候也应该重置
c) 当你给其他节点投票的时候 -
什么时候重置votefFor？
当term改变的时候重置votedfor，例如投票的时候收到了term更高，那么不管此刻是否投票过，都应该转变为follower并且重置votedfor；当leader掉线一段时间重连回来，此刻群组有新leader，那么old leader应该转变为follower并且重置votedfor。 -
在做RPC请求的时候不应该加锁。例如:
rf.mu.Lock()
rf. sendRequestVote(...)
rf.mu.UnLock()
这种写法是不合逻辑的，容易造成死锁，我们仅需对共享资源加锁就足够了，比如这里对参数构造加锁。 -
server 成为leader之后不需要进行 选举超时倒计时。
3.实现 给出部分代码，仅供参考
3.1 流程
- 首先 raft 启动，在Make 中做初始化，一开始所有的server都是follower，并且每个server会随机分配一个选举超时时间，同时所有的server都有相同的心跳间隔时间。那么由于涉及到角色转换，我们最好为每一种角色写一个转换函数，convertToFollower，convertToCandidate，convertToLeader。
- 什么时候会转变到follower呢？不外乎在心跳，投票或者appendEntries的时候收到了更加新的server的信息，这时候需要转变到follower的同时更新自己的Term
- 转变到candidate只有一种，当选举超时内没有收到心跳或者appendEntries，那么超时之后主动变成candidate
- 转变到leader，只有在candidate收到大多数请求的时候，竞选成功，成为leader
func (rf* Raft) convertToCandidate(){
rf.raftStatus = Candidate
rf.currentTerm++
rf.votedFor = rf.me
rf.nonLeaderCond.Signal() // awake electionTimeoutTick
}
func (rf* Raft) convertToFollower(newTerm int){
rf.raftStatus = Follower
rf.currentTerm = newTerm
rf.votedFor = -1
rf.nonLeaderCond.Signal() // awake electionTimeoutTick
}
func (rf* Raft) convertToLeader(){
rf.raftStatus = Leader
}
初始化的时候，为了防止瓜分选票的情况发生，需要随机设置不同的超时时间，论文建议是150-300ms ，建议写个函数，用时间戳做随机种子，论文建议每次生成不同的超时时间。
func (rf *Raft) getRandElecTime() int {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
electionTimeout := rand.Intn(150) + 150 // [150,300)
return electionTimeout
}
func (rf* Raft) resetElectionTimer() {
rf.lastHeartbeatTime = time.Now().UnixNano()
rf.electionTimeout = rf.getRandElecTime()
}
根据论文解析，我们需要长时间运行的gorutinue （可以简单理解为死循环）来处理事件和统计选举超时。
func (rf *Raft) EventLoop() () {
for{
rf.mu.Lock()
if rf.killed(){
rf.mu.Unlock()
return
}
rf.mu.Unlock()
select {
case <- rf.electionTimeoutChan:
rf.mu.Lock()
DPrintf("[EventLoop]: Id %d Term %d State %s \t || \t election timeout , start an eletion\n",
rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus))
rf.mu.Unlock()
// start election, if election timeout
go rf.startElection()
case <-rf.heartbeatPeriodChan:
DPrintf("[EventLoop]: Id %d Term %d State %s \t || \t election timeout , start to send heartbeat\n",
rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus))
go rf.broadcastHeartbeat()
}
}
}
func (rf *Raft) electionTimeoutTick() {
for {
rf.mu.Lock()
_, isLeader := rf.GetState()
if rf.killed(){
rf.mu.Unlock()
return
}
rf.mu.Unlock()
if isLeader {
// if is leader , no need to check election timeout
rf.nonLeaderCond.L.Lock()
rf.nonLeaderCond.Wait()
rf.nonLeaderCond.L.Unlock()
}else { // follower and candidate
rf.mu.Lock()
elapseTime := time.Now().UnixNano() - rf.lastHeartbeatTime
if elapseTime/int64(time.Millisecond) > int64(rf.electionTimeout){
DPrintf("[electionTimeoutTick]: Id %d Term %d State %s\t || \ttimeout,"+
"convert to candidate\n" , rf.me, rf.currentTerm ,state2name(rf.raftStatus))
DPrintf("[electionTimeoutTick] : %d %d\n",elapseTime/int64(time.Millisecond),int64(rf.electionTimeout))
rf.electionTimeoutChan <- true
}
rf.mu.Unlock()
time.Sleep(time.Millisecond*10)
}
}
}
实验部分要求心跳不超过10次/s，也就是不小于100ms/次，而心跳时间间隔应该小于选举超时时间，因此设置为100到150ms之间。
func (rf* Raft) broadcastHeartbeat() {
for {
rf.mu.Lock()
_,isLeader := rf.GetState()
if rf.killed(){
rf.mu.Unlock()
return
}
rf.mu.Unlock()
if !isLeader {
// not leader , then return
return
}
// send heart beat
for i,_ := range rf.peers{
if i == rf.me{
continue
}
rf.mu.Lock()
//prevLogIndex := len(rf.log)-1
prevLogIndex,PrevLogTerm :=rf.getLastLogInfo()
args := AppendEntriesArgs{Term: rf.currentTerm,LeaderId: rf.me,PrevLogIndex: prevLogIndex,
PrevLogTerm: PrevLogTerm, LeaderCommit: rf.commitIndex}
var reply AppendEntriesReply
rf.mu.Unlock()
go func(index int, args *AppendEntriesArgs, reply* AppendEntriesReply) {
ok := rf.sendAppendEntries(index,args,reply)
rf.mu.Lock()
defer rf.mu.Unlock()
if ok == false{
// send heartbeat failed
//DPrintf("[broadcastHeartbeat]: %d send to peer's id %d failed term %d\n",args.LeaderId,index,reply.Term)
}else {
//DPrintf("[broadcastHeartbeat]: Id %d Term %d State %s\t || \ttimeout,"+
// "send heartbeat to %d success\n" , rf.me, rf.currentTerm ,state2name(rf.raftStatus),index)
if reply.Term > rf.currentTerm{
//
DPrintf("[broadcastHeartbeat]: Id %d Term %d State %s\t || \ttimeout,"+
"send heartbeat failed, reply term %d\n" , rf.me, rf.currentTerm ,state2name(rf.raftStatus),reply.Term)
rf.convertToFollower(reply.Term)
}else if reply.Term == rf.currentTerm && reply.Success == false{
// follower's log index and log term not match
}else {
//
}
}
// check reply
}(i,&args,&reply)
}
// sleep
time.Sleep(time.Duration(rf.heartbeatInterval)*time.Millisecond)
}
}
- 开始选举。当某一台server 的选举超时计时先倒数完，这台server按照规则，先给变成candidate，term加一，给自己投票，重置选举超时计时器，然后让其他server投票。只要超过半数，那么就当选leader，开始给其余节点发心跳。
func (rf* Raft) startElection() {
rf.mu.Lock()
rf.convertToCandidate()
nVotes := 1 // has voted in the term
// 3.reset election timeout
rf.resetElectionTimer()
DPrintf("[startElection]: Id %d Term %d state %s \n",rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus))
rf.mu.Unlock()
// 4.send request vote to other server
go func(nVotes* int ,rf* Raft) {
var wg sync.WaitGroup
winThreadHold := len(rf.peers)/2 + 1
for i,_ := range rf.peers{
if i == rf.me{
continue
}
rf.mu.Lock()
lastLogIndex ,LastLogTerm := rf.getLastLogInfo()
reqArgs := RequestVoteArgs{Term: rf.currentTerm,CandidateId: rf.me, LastLogIndex: lastLogIndex,LastLogTerm: LastLogTerm}
rf.mu.Unlock()
wg.Add(1)
var reply RequestVoteReply
go func(index int, rf* Raft, args* RequestVoteArgs, reply* RequestVoteReply) {
defer wg.Done()
DPrintf("[startElection]: Id %d Term %d state %s \t || \t" +
"start send request vote to %d \n",rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus),index)
ok := rf.sendRequestVote(index,args,reply)
if ok == false {
DPrintf("[startElection]: Id %d Term %d state %s \t || \t" +
"send request vote to %d failed \n",rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus),index)
return
}
rf.mu.Lock()
defer rf.mu.Unlock()
// reject vote
if reply.VoteGranted == false{
if reply.Term > rf.currentTerm{
DPrintf("[startElection]: Id %d Term %d state %s \t || \t" +
"peer term:%d \n",rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus),reply.Term)
rf.convertToFollower(reply.Term)
}
}else{
*nVotes += 1
// if it self has became leader , then no need to do
_,isLeader := rf.GetState()
if isLeader{
return
}
if rf.raftStatus == Candidate && *nVotes >= winThreadHold {
DPrintf("[startElection]: Id %d Term %d state %s \t || \t" +
"win election votes:%d \n",rf.me, rf.currentTerm, state2name(rf.raftStatus),*nVotes)
// win election
rf.convertToLeader()
// re init nextIndex
rf.reInitNextIndex()
// send heartbeat immediately to all server
DPrintf("start send heartbeat\n")
go rf.broadcastHeartbeat()
}
}
}(i,rf,&reqArgs,&reply)
}
// wait all send finish
wg.Wait()
}(&nVotes,rf)
}
-
处理投票
那么这里主要是根据term和lastlogindex来判断是否投票。
不投票？
a) 比自己Term小
b) log比自己旧
c) 在本次Term中已经投票过了(args.Term == rf.currentTerm && rf.votedFor!= -1) -
处理心跳
论文说了，entries为空表示心跳信息。
如果收到了term更高的发来的心跳，应该转变为follower并重置选举超时计时器
收到当前term的，直接重置选举超时计时器
同时我们应该在reply中附上自己的term，以便leader检测自己是否是过时的leader（leader断线重连，term比自己小）
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