اختيار القائد

1) لماذا تحتاج إلى قائد وعندما يكون له ما يبرره على الإطلاق

القائد - عقدة لها الحق الحصري في أداء الإجراءات الحاسمة: بدء تاج/ETL، وتنسيق الشظايا، وتوزيع المفاتيح، وتغيير التكوين. إنه يبسط الثوابت («مؤدي واحد»)، لكنه يضيف مخاطر (SPOF، إعادة انتخابه، تأخر).

• يحتاج إلى تفرد التنفيذ (على سبيل المثال، مجمع الفواتير مرة واحدة في الدقيقة) ؛
• يجب تسلسل التغييرات (سجل التكوين، الأقفال الموزعة)
• يفترض بروتوكول المجموعات تكرار القيادة (الطوافة).

• وتحل المشكلة بالحماقة والنظام حسب المفتاح ؛
• ويمكن موازاتها من خلال سرقة العمل/قوائم الانتظار ؛
• يصبح «القائد» النقطة الضيقة الوحيدة (مروحة واسعة).

2) النموذج الأساسي: عقد إيجار + نصاب + حقبة

شروط

عقد الإيجار: يحق للقائد الحصول على T ثانية ؛ يجب أن يجدد.
نبضات القلب: تمديد دوري/إشارة حية.
الحقبة/المصطلح: عدد القيادة المتزايد بشكل رتيب. يساعد في التعرف على القادة «القدامى».
رمز المبارزة: نفس الرقم الرتيب الذي يتحقق منه مستهلك الموارد (قاعدة بيانات/تخزين) ويرفض عمليات القائد القديم.

الثوابت

في أي وقت، لا أكثر من قائد فعلي واحد (السلامة).
في حالة الفشل، يكون التقدم ممكنًا: يتم انتخاب واحد جديد (حيوية) في وقت معقول.
وتصاحب عمليات القيادة حقبة ؛ لا تقبل سوى العصور الجديدة.

3) نظرة عامة على الخوارزميات والبروتوكولات

3. 1 طوافة (تكرار القيادة)

الحالة: متابع → مرشح → قائد.
Timers: مهلة الانتخابات العشوائية (jitter)، RequestVote ؛ القائد يحمل AppendEntries كنبضات قلب.
الضمانات: النصاب القانوني، لا يوجد انقسام في الدماغ بموجب المتطلبات الأساسية القياسية، سجل مع رتابة منطقية (مصطلح/فهرس).

3. 2 باكسوس/مرسوم واحد/متعدد الباكسوس

الأساس النظري لتوافق الآراء ؛ في الممارسة العملية - الاختلافات (على سبيل المثال، Multi-Paxos) مع «منسق مختار» (نظير القائد).
يصعب تنفيذها مباشرة ؛ وكثيرا ما تستخدم التطبيقات/المكتبات الجاهزة.

3. 3 ZAB (ZooKeeper Atomic Broadcast)

آلية ZK: تكرار مجلة القيادة مع مراحل الاسترداد ؛ الحقب (zxid) والعقد المتتالية سريعة الزوال للبدائيين مثل القيادة.

3. 4 الفتوة/تشانغ روبرتس (الخواتم/الملك)

خوارزميات «التدريب» للطوبولوجيات الثابتة بدون النصاب القانوني. لا تأخذ في الاعتبار أعطال/أقسام الشبكة الجزئية - لا تنطبق في المبيعات.

4) المنصات العملية

4. 1 حديقة حيوان

نمط EPHEMERAL_SEQUENTIAL: العملية تخلق '/القائد/القفل-XXXX '، الحد الأدنى هو القائد.
يختفي فقدان الجلسة ⇒ العقدة ⇒ إعادة الاختيار فورية.
العدالة من خلال انتظار «السلف».

4. 2 ettcd (Raft)

القيادة المحلية على مستوى المجموعات نفسها ؛ للطلبات - etcd concurrency: 'Session + Mutex/Election'.
معرف الإيجار с TTL، الحفظ ؛ يمكنك تخزين حقبة بقيمة رئيسية.

4. 3 قنصل

«session» + «KV acquiser»: من يحمل المفتاح هو القائد. TTL/نبضات القلب في الجلسة.

4. 4 كوبرنيت

استئجار تنسيق واجهة برمجة التطبيقات (تنسيق. k8s. io/v1 '): ресурс' Lease 'c' holderIdentity ',' LeaseTermationSeconds', 'RenewTime'.
تنفذ مكتبة العملاء «انتخاب الزبائن» (Client-go) عملية الالتقاط/التجديد ؛ مثالية للقرون القائدة.

5) كيفية بناء قائد «آمن»

5. 1 حافظ على العصر والسياج

كل رصاص يزيد الحقبة (على سبيل المثال etcd/ZK revision zxid أو العداد المنفصل).

sql
UPDATE cron_state
SET last_run = now(), last_epoch =:epoch
WHERE name = 'daily-rollup' AND:epoch > last_epoch;

سيتم رفض القائد القديم (بعد انقسام الدماغ).

5. 2 توقيت

«مدة الإيجار» ≥ «2-3 × نبضات القلبInterval + network + p99 GC توقف مؤقت».
مهلة الانتخابات - عشوائية (جيتر) حتى لا يصطدم المرشحون.
إذا فقد التجديد، أوقف العمليات الحرجة على الفور.

5. 3 الهوية

"holderId = node # pid # startTime # rand'. عند التحديث/الإزالة، تحقق من نفس الحامل.

5. 4 مراقبين

يشترك جميع المتابعين في تغييرات «التأجير/الانتخابات» والبدء/التوقف وفقًا للحالة.

6) التطبيقات: شظايا

6. 1 كوبرنيتس (اذهب)

go import "k8s. io/client-go/tools/leaderelection"

lec:= leaderelection. LeaderElectionConfig{
Lock: &rl. LeaseLock{
LeaseMeta: metav1. ObjectMeta{Name: "jobs-leader", Namespace: "prod"},
Client:  coordClient,
LockConfig: rl. ResourceLockConfig{Identity: podName},
},
LeaseDuration: 15 time. Second,
RenewDeadline: 10 time. Second,
RetryPeriod:  2 time. Second,
Callbacks: leaderelection. LeaderCallbacks{
OnStartedLeading: func(ctx context. Context) { runLeader(ctx) },
OnStoppedLeading: func() { stopLeader() },
},
}
leaderelection. RunOrDie(context. Background(), lec)

6. 2 ettcd (Go)

go cli, _:= clientv3. New(...)
sess, _:= concurrency. NewSession(cli, concurrency. WithTTL(10))
e:= concurrency. NewElection(sess, "/election/rollup")
_ = e. Campaign (ctx, podID )//blocking call epoch: = sess. Lease ()//use as part of fencing defer e. Resign(ctx)

6. 3 حديقة حيوان (جاوة، أمين)

java
LeaderSelector selector = new LeaderSelector(client, "/leaders/rollup", listener);
selector. autoRequeue();
selector. start(); // listener. enterLeadership () performs leader work with try/finally

7) إعادة الانتخابات وتدهور الخدمات

خفقان حاد للقائد → «عظم السمك» في المخططات. يعالج عن طريق زيادة الإيجار مدة/تجديد الموعد النهائي والقضاء على مناشير GC/CPU.
بالنسبة لفترة إعادة الاختيار، يمكن الاسترخاء: تقليل كثافة مهام الخلفية أو تجميدها تمامًا لقيادة مؤكدة.
بالنسبة للوظائف الطويلة، قم بعمل نقاط تفتيش + دوكات غبية بعد تغيير القائد.

8) انقسام الدماغ: كيفية البقاء بعيدًا

استخدام مخازن CP (etcd/ZK/Consul) مع النصاب القانوني ؛ لا يمكنك أخذ قائد بدون النصاب القانوني.
لا تبني القيادة أبدًا على مخبأ AP بدون حكم النصاب.
حتى في نموذج CP، حافظ على السياج عند مستوى الموارد - هذا تأمين ضد سيناريوهات غير طبيعية نادرة (توقف مؤقت، سائقون عالقون).

9) إمكانية الرصد والتشغيل

المقاييس

'leadership _ is _ leader {app}' (القياس 0/1).
'election _ total {result = won' lost' resolve} '.
«lease _ renew _ latency _ ms {p50, p95, p99}», «lease _ renew _ fail _ total».
'epoch _ value' (رتابة عنقودية).
«flaps _ total» هو عدد نوبات القيادة لكل نافذة.
بالنسبة لـ ZK/etcd: تأخر النسخ، صحة النصاب.

تنبيهات

تغيير الرصاص المتكرر (> N في ساعة).
فشل التجديد «تجديد »/ارتفاع p99.
عدم جدوى الحقبة (حقبتان مختلفتان في عقد مختلفة).
لا يوجد قائد أكثر من X ثانية (إذا لم يسمح العمل).

جذوع الأشجار/المسارات

أحداث الرابط: «epoch»، «holderId'،» السبب «(عقد الإيجار المفقود، انتهت الجلسة)،» المدة _ ms'.

10) كتب اللعب التجريبية (أيام اللعبة)

التقسيم: قطع الشبكة بين المناطق 2 - لا يُسمح بالقيادة إلا في جزء النصاب القانوني.
GC-stop: أوقف القائد بشكل مصطنع لمدة 5-10 ثوانٍ - يجب أن يفقد عقد الإيجار ويتوقف عن العمل.
انحراف الساعة/الانجراف: تأكد من أن الصواب لا يعتمد على ساعة الحائط (يتم حفظ السياج/الحقبة).
قتل -9: تحطم القائد المفاجئ → قائد جديد ≤ مدة الإيجار.
التخزين البطيء: إبطاء الأقراص/سجل الطوافة - تقدير وقت الانتخابات، تصحيح التوقيت.

11) الأنماط المضادة

"Leader" عبر Redis' SET NX PX "بدون سياج ولا نصاب.
«مدة الإيجار» أقل من p99 من مدة التشغيل الحرجة.
التوقف/مواصلة العمل بعد فقدان القيادة («سأنهي دقيقة»).
عدم التنفس في توقيت الانتخابات → عاصفة الانتخابات.
وظيفة واحدة طويلة بدون نقاط تفتيش - كل رفرف ينتج عنه إعادة من الصفر.
ارتباط وثيق للقيادة وتوجيه حركة المرور (لزج) بدون احتياطي - تحصل القيعان مع الرفرفة على 5xx.

12) قائمة التنفيذ المرجعية

• اختيار حكم النصاب هو etcd/ZK/Consul/K8s الإيجار.
• تخزين وتمرير الحقبة/المبارزة إلى جميع الآثار الجانبية للقائد.
• التوقيتات المعدة هي «مدة الإيجار» و «الموعد النهائي التجديد» و «فترة إعادة التجربة» بهامش الشبكة/GC.
• مراقبون مدمجون والإغلاق الصحيح عند فقدان القيادة.
• مهام القيادة خفية ونقطة تفتيش.
• تم تمكين المقاييس/التنبيهات وقطع الأشجار 'epoch/holderId'.
• عقد أيام اللعبة: التقسيم، GC-stop، القتل، انحراف الساعة.
• تم توثيق السياسيين: من/ما يفعله القائد، ومن يمكنه استبداله، وكيفية حل صراعات الحقبة.
• خطة التدهور: ما يفعله نظام بلا قيادة.
• اختبار الأداء: اللوحات تحت الحمل لا تدمر SLO.

13) الأسئلة الشائعة

س: هل يمكن بناء القيادة بدون نصاب قانوني ؟

ج: في الحث، لا. تحتاج إلى مكون CP (النصاب القانوني) أو خدمة سحابية مع ضمانات مماثلة.

س: لماذا الحقبة إذا كان هناك عقد إيجار ؟

ج: يوفر عقد الإيجار إمكانية البقاء على قيد الحياة، لكنه لا يحمي من «القائد القديم» بعد الانفصال/التوقف مؤقتًا. تبطل الحقبة/السياج آثار القائد القديم.

س: ما هي التخلف عن سداد التوقيت في K8s ؟

ج: غالبا ما تستخدم «LeaseDuration≈15s» و «RenewDeadline≈10s» و «RetryPeriod≈2s». تطابق حمولة p99 و GC.

س: كيف تختبر القيادة محليًا ؟

ج: تشغيل 3-5 حالات، محاكاة الشبكة (tc/netem)، التوقف المؤقت (SIGSTOP)، قتل القائد (SIGKILL)، التحقق من المقاييس/السجلات/الحقب.

س: ماذا تفعل بالمهام الطويلة عند تغيير القادة ؟

ألف: نقطة تفتيش + قاعدة بيانات خفية ؛ في حالة فقدان القيادة - التوقف الفوري والإفراج عن الموارد.

14) المجاميع

الاختيار الموثوق للقائد هو حكم النصاب + انضباط العصور. احتفظ بالقيادة كعقد إيجار بنبض القلب، وتغلب على جميع التأثيرات برمز سياج، وحدد مواعيد بهامش، واجعل مهام القائد غبية ويمكن ملاحظتها، وتفقد الأعطال بانتظام. ثم لن يكون المؤدي «واحد وواحد فقط» شعارًا، بل ضمانًا يقاوم التوقف المؤقت وأهواء الشبكة والأخطاء البشرية.