Автоматические выборы лидера
В Tarantool, начиная с версии 2.6.1, есть встроенная функциональность для управления автоматическими выборами лидера (automated leader election) в наборе реплик (replica set). Эта функциональность повышает отказоустойчивость систем на базе Tarantool и снижает зависимость от внешних инструментов для управления набором реплик.
Чтобы узнать, как настраивать и отслеживать автоматические выборы лидера, прочитайте практическое руководство.
Ниже описаны следующие темы:
Выборы лидера и синхронная репликация
В Tarantool используется модификация Raft — алгоритма синхронной репликации и автоматических выборов лидера. Полное описание алгоритма Raft можно прочитать в соответствующем документе.
Синхронная репликация и выборы лидера в Tarantool реализованы как две независимые подсистемы. Это означает, что можно настроить синхронную репликацию, а для выборов лидера использовать альтернативный алгоритм. Встроенный механизм выборов лидера, в свою очередь, не требует использования синхронных спейсов. Синхронной репликации посвящен этот раздел документации. Процесс выборов лидера описан ниже.
Примечание
The system behavior can be specified exactly according to the Raft algorithm. To do this:
- Ensure that the user has only synchronous spaces.
- Set the replication_synchro_quorum option to
N / 2 + 1.
- Set the replication_synchro_timeout option to infinity.
- In the election_fencing_mode option, select either the
soft mode (the default)
or the strict mode, which is more restrictive.
Процесс выборов лидера
Автоматические выборы лидера в Tarantool гарантируют, что в каждый момент времени в наборе реплик будет максимум один лидер — узел, доступный для записи. Все остальные узлы будут принимать исключительно запросы на чтение.
Когда функция выборов включена, жизненный цикл набора реплик разделен на так называемые термы (term). Каждый терм описывается монотонно растущим числом. После первой загрузки узла значение его терма равно 1. Когда узел обнаруживает, что не является лидером и при этом лидера в наборе реплик уже какое-то время нет, он увеличивает значение своего терма и начинает новый тур выборов.
Выборы лидера происходят посредством голосования. Узел, начинающий выборы, голосует сам за себя и отправляет другим запросы на голос. Каждый экземпляр голосует за первый узел, от которого пришел такой запрос, и далее в течение всего терма ожидает избрания лидера, не выполняя никаких действий.
Узел, собравший кворум голосов replication_synchro_quorum, становится лидером и оповещает об этом другие узлы. Голоса могут разделиться, если ни один узел не получит кворума. В этом случае спустя случайное время происходят перевыборы: каждый узел увеличивает значение терма и начинает новый тур, если за период ожидания не получил запроса на голос от узла, чей терм больше. В итоге определяется лидер кластера.
If any unfinalized synchronous transactions are left from the previous leader,
the new leader finalizes them automatically.
All the non-leader nodes are called followers. The nodes that start a new
election round are called candidates. The elected leader sends heartbeats to
the non-leader nodes to let them know it is alive.
In case there are no heartbeats for the period of replication_timeout * 4,
a non-leader node starts a new election if the following conditions are met:
- The node has a quorum of connections to other cluster members.
- None of these cluster members can see the leader node.
Примечание
A cluster member considers the leader node to be alive if the member received heartbeats from the leader at least
once during the replication_timeout * 4,
and there are no replication errors (the connection is not broken due to timeout or due to an error).
Terms and votes are persisted by each instance to preserve certain Raft guarantees.
При голосовании узлы отдают предпочтение экземплярам, где сохранены самые новые данные. Поэтому, если прежний лидер перед тем, как стать недоступным, отправит кворуму реплик какую-либо информацию, она не будет потеряна.
Необходимо, чтобы все узлы, включенные в процесс выборов, были соединены попарно и образовывали полную ячеистую топологию (full mesh). Для передачи запросов, связанных с голосованием, и других внутренних сообщений требуется прямая связь между узлами.
In the classic Raft algorithm, a leader doesn’t track its connectivity to the rest of the cluster.
Once the leader is elected, it considers itself in the leader position until receiving a new term from another cluster node.
This can lead to a split situation if the other nodes elect a new leader upon losing the connectivity to the previous one.
The issue is resolved in Tarantool version 2.10.0 by introducing the leader fencing mode.
The mode can be switched by the election_fencing_mode configuration parameter.
When the fencing is set to soft or strict, the leader resigns its leadership if it has less than
replication_synchro_quorum of alive connections to the cluster nodes.
The resigning leader receives the status of a follower in the current election term and becomes read-only.
Leader fencing can be turned off by setting the election_fencing_mode configuration parameter to off.
In soft mode, a connection is considered dead if there are no responses for
4*replication_timeout seconds both on the current leader and the followers.
In strict mode, a connection is considered dead if there are no responses
for 2*replication_timeout seconds on the current leader and for
4*replication_timeout seconds on the followers.
This improves chances that there is only one leader at any time.
Fencing applies to the instances that have the election_mode set to «candidate» or «manual».
There can still be a situation when a replica set has two leaders working independently (so-called split-brain).
It can happen, for example, if a user mistakenly lowered the replication_synchro_quorum below N / 2 + 1.
In this situation, to preserve the data integrity, if an instance detects the split-brain anomaly in the incoming replication data,
it breaks the connection with the instance sending the data and writes the ER_SPLIT_BRAIN error in the log.
Eventually, there will be two sets of nodes with the diverged data,
and any node from one set is disconnected from any node from the other set with the ER_SPLIT_BRAIN error.
Once noticing the error, a user can choose any representative from each of the sets and inspect the data on them.
To correlate the data, the user should remove it from the nodes of one set,
and reconnect them to the nodes from the other set that have the correct data.
Любой узел, участвующий в процессе выборов, реплицирует данные только с последнего избранного лидера. Это позволяет избежать ситуации, в которой прежний лидер после выборов нового все еще пытается отправлять изменения на реплики.
Числовые значения термов также выполняют функцию своеобразного фильтра. Например, если на двух узлах включена функция выборов и значение терма node1 меньше значения терма node2, то узел node2 не будет принимать транзакций от узла node1.
В Tarantool используется модификация Raft — алгоритма синхронной репликации и автоматических выборов лидера. Полное описание алгоритма Raft можно прочитать в соответствующем документе.
Синхронная репликация и выборы лидера в Tarantool реализованы как две независимые подсистемы. Это означает, что можно настроить синхронную репликацию, а для выборов лидера использовать альтернативный алгоритм. Встроенный механизм выборов лидера, в свою очередь, не требует использования синхронных спейсов. Синхронной репликации посвящен этот раздел документации. Процесс выборов лидера описан ниже.
Примечание
The system behavior can be specified exactly according to the Raft algorithm. To do this:
- Ensure that the user has only synchronous spaces.
- Set the replication_synchro_quorum option to
N / 2 + 1. - Set the replication_synchro_timeout option to infinity.
- In the election_fencing_mode option, select either the
softmode (the default) or thestrictmode, which is more restrictive.
Процесс выборов лидера
Автоматические выборы лидера в Tarantool гарантируют, что в каждый момент времени в наборе реплик будет максимум один лидер — узел, доступный для записи. Все остальные узлы будут принимать исключительно запросы на чтение.
Когда функция выборов включена, жизненный цикл набора реплик разделен на так называемые термы (term). Каждый терм описывается монотонно растущим числом. После первой загрузки узла значение его терма равно 1. Когда узел обнаруживает, что не является лидером и при этом лидера в наборе реплик уже какое-то время нет, он увеличивает значение своего терма и начинает новый тур выборов.
Выборы лидера происходят посредством голосования. Узел, начинающий выборы, голосует сам за себя и отправляет другим запросы на голос. Каждый экземпляр голосует за первый узел, от которого пришел такой запрос, и далее в течение всего терма ожидает избрания лидера, не выполняя никаких действий.
Узел, собравший кворум голосов replication_synchro_quorum, становится лидером и оповещает об этом другие узлы. Голоса могут разделиться, если ни один узел не получит кворума. В этом случае спустя случайное время происходят перевыборы: каждый узел увеличивает значение терма и начинает новый тур, если за период ожидания не получил запроса на голос от узла, чей терм больше. В итоге определяется лидер кластера.
If any unfinalized synchronous transactions are left from the previous leader,
the new leader finalizes them automatically.
All the non-leader nodes are called followers. The nodes that start a new
election round are called candidates. The elected leader sends heartbeats to
the non-leader nodes to let them know it is alive.
In case there are no heartbeats for the period of replication_timeout * 4,
a non-leader node starts a new election if the following conditions are met:
- The node has a quorum of connections to other cluster members.
- None of these cluster members can see the leader node.
Примечание
A cluster member considers the leader node to be alive if the member received heartbeats from the leader at least
once during the replication_timeout * 4,
and there are no replication errors (the connection is not broken due to timeout or due to an error).
Terms and votes are persisted by each instance to preserve certain Raft guarantees.
При голосовании узлы отдают предпочтение экземплярам, где сохранены самые новые данные. Поэтому, если прежний лидер перед тем, как стать недоступным, отправит кворуму реплик какую-либо информацию, она не будет потеряна.
Необходимо, чтобы все узлы, включенные в процесс выборов, были соединены попарно и образовывали полную ячеистую топологию (full mesh). Для передачи запросов, связанных с голосованием, и других внутренних сообщений требуется прямая связь между узлами.
In the classic Raft algorithm, a leader doesn’t track its connectivity to the rest of the cluster.
Once the leader is elected, it considers itself in the leader position until receiving a new term from another cluster node.
This can lead to a split situation if the other nodes elect a new leader upon losing the connectivity to the previous one.
The issue is resolved in Tarantool version 2.10.0 by introducing the leader fencing mode.
The mode can be switched by the election_fencing_mode configuration parameter.
When the fencing is set to soft or strict, the leader resigns its leadership if it has less than
replication_synchro_quorum of alive connections to the cluster nodes.
The resigning leader receives the status of a follower in the current election term and becomes read-only.
Leader fencing can be turned off by setting the election_fencing_mode configuration parameter to off.
In soft mode, a connection is considered dead if there are no responses for
4*replication_timeout seconds both on the current leader and the followers.
In strict mode, a connection is considered dead if there are no responses
for 2*replication_timeout seconds on the current leader and for
4*replication_timeout seconds on the followers.
This improves chances that there is only one leader at any time.
Fencing applies to the instances that have the election_mode set to «candidate» or «manual».
There can still be a situation when a replica set has two leaders working independently (so-called split-brain).
It can happen, for example, if a user mistakenly lowered the replication_synchro_quorum below N / 2 + 1.
In this situation, to preserve the data integrity, if an instance detects the split-brain anomaly in the incoming replication data,
it breaks the connection with the instance sending the data and writes the ER_SPLIT_BRAIN error in the log.
Eventually, there will be two sets of nodes with the diverged data,
and any node from one set is disconnected from any node from the other set with the ER_SPLIT_BRAIN error.
Once noticing the error, a user can choose any representative from each of the sets and inspect the data on them.
To correlate the data, the user should remove it from the nodes of one set,
and reconnect them to the nodes from the other set that have the correct data.
Любой узел, участвующий в процессе выборов, реплицирует данные только с последнего избранного лидера. Это позволяет избежать ситуации, в которой прежний лидер после выборов нового все еще пытается отправлять изменения на реплики.
Числовые значения термов также выполняют функцию своеобразного фильтра. Например, если на двух узлах включена функция выборов и значение терма node1 меньше значения терма node2, то узел node2 не будет принимать транзакций от узла node1.
Автоматические выборы лидера в Tarantool гарантируют, что в каждый момент времени в наборе реплик будет максимум один лидер — узел, доступный для записи. Все остальные узлы будут принимать исключительно запросы на чтение.
Когда функция выборов включена, жизненный цикл набора реплик разделен на так называемые термы (term). Каждый терм описывается монотонно растущим числом. После первой загрузки узла значение его терма равно 1. Когда узел обнаруживает, что не является лидером и при этом лидера в наборе реплик уже какое-то время нет, он увеличивает значение своего терма и начинает новый тур выборов.
Выборы лидера происходят посредством голосования. Узел, начинающий выборы, голосует сам за себя и отправляет другим запросы на голос. Каждый экземпляр голосует за первый узел, от которого пришел такой запрос, и далее в течение всего терма ожидает избрания лидера, не выполняя никаких действий.
Узел, собравший кворум голосов replication_synchro_quorum, становится лидером и оповещает об этом другие узлы. Голоса могут разделиться, если ни один узел не получит кворума. В этом случае спустя случайное время происходят перевыборы: каждый узел увеличивает значение терма и начинает новый тур, если за период ожидания не получил запроса на голос от узла, чей терм больше. В итоге определяется лидер кластера.
If any unfinalized synchronous transactions are left from the previous leader, the new leader finalizes them automatically.
All the non-leader nodes are called followers. The nodes that start a new election round are called candidates. The elected leader sends heartbeats to the non-leader nodes to let them know it is alive.
In case there are no heartbeats for the period of replication_timeout * 4, a non-leader node starts a new election if the following conditions are met:
- The node has a quorum of connections to other cluster members.
- None of these cluster members can see the leader node.
Примечание
A cluster member considers the leader node to be alive if the member received heartbeats from the leader at least
once during the replication_timeout * 4,
and there are no replication errors (the connection is not broken due to timeout or due to an error).
Terms and votes are persisted by each instance to preserve certain Raft guarantees.
При голосовании узлы отдают предпочтение экземплярам, где сохранены самые новые данные. Поэтому, если прежний лидер перед тем, как стать недоступным, отправит кворуму реплик какую-либо информацию, она не будет потеряна.
Необходимо, чтобы все узлы, включенные в процесс выборов, были соединены попарно и образовывали полную ячеистую топологию (full mesh). Для передачи запросов, связанных с голосованием, и других внутренних сообщений требуется прямая связь между узлами.
In the classic Raft algorithm, a leader doesn’t track its connectivity to the rest of the cluster. Once the leader is elected, it considers itself in the leader position until receiving a new term from another cluster node. This can lead to a split situation if the other nodes elect a new leader upon losing the connectivity to the previous one.
The issue is resolved in Tarantool version 2.10.0 by introducing the leader fencing mode.
The mode can be switched by the election_fencing_mode configuration parameter.
When the fencing is set to soft or strict, the leader resigns its leadership if it has less than
replication_synchro_quorum of alive connections to the cluster nodes.
The resigning leader receives the status of a follower in the current election term and becomes read-only.
Leader fencing can be turned off by setting the election_fencing_mode configuration parameter to off.
In soft mode, a connection is considered dead if there are no responses for
4*replication_timeout seconds both on the current leader and the followers.
In strict mode, a connection is considered dead if there are no responses
for 2*replication_timeout seconds on the current leader and for
4*replication_timeout seconds on the followers.
This improves chances that there is only one leader at any time.
Fencing applies to the instances that have the election_mode set to «candidate» or «manual».
There can still be a situation when a replica set has two leaders working independently (so-called split-brain).
It can happen, for example, if a user mistakenly lowered the replication_synchro_quorum below N / 2 + 1.
In this situation, to preserve the data integrity, if an instance detects the split-brain anomaly in the incoming replication data,
it breaks the connection with the instance sending the data and writes the ER_SPLIT_BRAIN error in the log.
Eventually, there will be two sets of nodes with the diverged data,
and any node from one set is disconnected from any node from the other set with the ER_SPLIT_BRAIN error.
Once noticing the error, a user can choose any representative from each of the sets and inspect the data on them. To correlate the data, the user should remove it from the nodes of one set, and reconnect them to the nodes from the other set that have the correct data.
Любой узел, участвующий в процессе выборов, реплицирует данные только с последнего избранного лидера. Это позволяет избежать ситуации, в которой прежний лидер после выборов нового все еще пытается отправлять изменения на реплики.
Числовые значения термов также выполняют функцию своеобразного фильтра. Например, если на двух узлах включена функция выборов и значение терма node1 меньше значения терма node2, то узел node2 не будет принимать транзакций от узла node1.