MIT6.824 lab4B实验记录

news2024/12/27 10:44:27

Background

主要是完成一个可以根据group数量，动态调整shard所属的group的分布式kv键值引擎。其中shard->group的配置由shardctrler集群来管理，底层也是通过raft group来容错（分布式嘛）

然后这个shardkv就是要完成的是根据shardctrler管理的Config，来更新拉取和gc shard kv。

拉取Config

我们记录了lastconfig和currentconfig。因为我们的分片转移和切片gc要依赖旧的和新的config。

然后这个只允许config.Num递增，并且要求切片都是serving状态,也就是要完成了这一轮的切片转移和gc才行。保障了整个过程的完整性。

func (kv *ShardKV) applyConfiguration(nextConfig *shardctrler.Config) *CommandResponce {
	if nextConfig.Num == kv.currentConfig.Num+1 {
		DPrintf("Node{%v} group{%v} config apply success Num{%v} shards{%v}", kv.me, kv.gid, nextConfig.Num, nextConfig.Shards)
		kv.updateShardStatus(nextConfig)
		kv.lastconfig = kv.currentConfig
		kv.currentConfig = *nextConfig
		return &CommandResponce{"", OK}
	}
	DPrintf("Node{%v} group{%v} config apply fail Num{%v} {%v}", kv.me, kv.gid, nextConfig.Num, kv.currentConfig.Num+1)
	return &CommandResponce{"", ErrOutDated}
}

分片拉取过程

本实验的设计就是通过一个拉取协程和一个gc协程作为背景协程来做处理。applyConfig时我们先把切片标记一下，如果一个切片的最新gid是当前gid，并且旧版本没有，那么说明我们要到别的组里面拉取，所以我们把这个切片所属的状态机状态标记为Pulling。同理，新分片不属于目前group但旧分片属于，所以我们要将其状态设为BePulling.

func (kv *ShardKV) updateShardStatus(config *shardctrler.Config) {

	for i := 0; i < shardctrler.NShards; i++ {
		if config.Shards[i] == kv.gid && kv.currentConfig.Shards[i] != kv.gid {
			if kv.currentConfig.Shards[i] != 0 {
				kv.stateMachines[i].Status = Pulling
			}
		}
		if config.Shards[i] != kv.gid && kv.currentConfig.Shards[i] == kv.gid {
			if config.Shards[i] != 0 {
				kv.stateMachines[i].Status = BePulling
			}
		}
	}
}

拉取，通过一个协程来定时远程拉取，我们要旧的配置上的servers,因为我们是处于过渡期，然后我们要拉取完所有我切片才能往下，所以就用到了waitgroup

func (kv *ShardKV) migrationAction() {
	kv.mu.Lock()
	g2s := kv.getShardIDsByStatus(Pulling)
	var wg sync.WaitGroup
	for gid, shardsIDs := range g2s {
		DPrintf("Node{%v} start pulltask", kv.me)
		wg.Add(1)
		go func(servers []string, configNum int, shardIDs []int) {
			defer wg.Done()
			pullTaskRequest := ShardOperationRequest{configNum, shardIDs}
			for _, server := range servers {
				var pullTaskResponse ShardOperationResponce
				srv := kv.make_end(server)
				if srv.Call("ShardKV.GetShardsData", &pullTaskRequest, &pullTaskResponse) && pullTaskResponse.Err == OK {
					DPrintf("Node{%v} get pulltaskResponce", kv.me)
					kv.Execute(NewInsertSHardsCommand(&pullTaskResponse), &CommandResponce{})
				}
			}
		}(kv.lastconfig.Groups[gid], kv.currentConfig.Num, shardsIDs)
	}
	kv.mu.Unlock()
	wg.Wait()
}

拉取别的group时，我们要拉取kv存储，和clientinformation。同时我们不阻塞写入的话，我们应该应用kv的话是插入kv，而不是直接赋值。然后把把他标记为gcing，等待gcing协程来处理，同时也保障了serving状态才是默认状态，简单说，在waitgroup下，我们可以完成一轮migration和gc。

func (kv *ShardKV) applyInsertShards(shardsInfo *ShardOperationResponce) *CommandResponce {
	if shardsInfo.ConfigNum == kv.currentConfig.Num {
		for shardId, shardData := range shardsInfo.Shards {
			shard := kv.stateMachines[shardId]
			if shard.Status == Pulling {
				for key, value := range shardData {
					shard.KV[key] = value
				}
				shard.Status = Gcing
			} else {
				DPrintf("Node{%v} encounters duplicated shards insert", kv.me)
				break
			}
		}
		for clientId, client_info := range shardsInfo.ClientInformation {
			if info, ok := kv.clientInfomation[clientId]; !ok || info.CommandId < client_info.CommandId {
				kv.clientInfomation[clientId] = client_info
			}
		}
		return &CommandResponce{OK, ""}
	}
	DPrintf("Node{%v} rejects outdated shards", kv.me)
	return &CommandResponce{ErrOutDated, ""}

}

gc协程同理，我们来看看gc的shardkv状态转移吧。把之前的gcing转换成serving,然后把要清除的清除。在删除分片的 handler 中，首先仅可由 leader 处理该请求，其次如果发现请求中的配置版本小于本地的版本，那说明该请求已经执行过，否则本地的 config 也无法增大，此时直接返回 OK 即可，否则在本地提交一个删除分片的日志。

for _, shardId := range shardsInfo.ShardIDs {
			shard := kv.stateMachines[shardId]
			if shard.Status == Gcing {
				shard.Status = Serving
			} else if shard.Status == BePulling {
				kv.stateMachines[shardId] = NewShard()
			} else {
				DPrintf("Node{%v} encounters duplicated deletion", kv.me)
				break
			}
		}

shardkv状态变化图

同时做了空日志优化，因为提交必须以当前任期的日志，有时候可能会被卡住，所以我们起一个协程定期做一个空日志，也可以加速提交。

分布式的探讨

还是通过raft日志来确保大多数同样，所以上面每个协程的行为都是通过raft日志传播，applier协程的applychan来确保大多数接收了，然后应用，然后对于上层快照保存的kv的哪些元素------------看哪些元素是command命名被应用后被修改的，这样快照传过去，就相当于command被应用了。所以这一个lab,我们要多保留currentconfig和lastconfig。

正确性证明

你可能怀疑，如果gc协程先执行了，那么Bepulling的那个将被拉取的kv不是被清空了吗，其实不然。下面的代码。

实际上我们gc协程是在拉取端，所以我们发现其转为了gcing（实际上gcing状态还是挺重要的）

然后对远端（非拉取端的raft group里面的节点）的bepulling（因为拉取端是gcing，也就是远端被拉取了，可以放心删除远端了）清空，变serving，对本地gcing转serving, i然后才能向shardctrler拉取下一个config。还有一点我们对于是不是gcing的group to shards是上一个版本 lastconfig的，而kv.statemachine是这个上个版本往下个版本过度的，所以我们改为gcing，然后得到gid ,shardsId。实际上是上一个config的，所以我们可以找到bepulling。对于改变我们的gcing到serving的话，实际意义上，我们用的是拉取端的gcaction 对于shardId执行的。因为我们有两个地方都有kv.Execute。上面的是调用本地的gcing---->serving。

RPC对远端的才是bepulling------》清空，serving,如下面