结合consul raft库理解raft

一 入口 github.com/hashicorp/consul/agent/consul/server.go

func (s *Server) setupRaft() error {

    状态机,用于consul 信息的查询,如kv等

    s.fsm, err = fsm.New(s.tombstoneGC, s.config.LogOutput)

    ...

    用于raft的rpc

    trans := raft.NewNetworkTransportWithConfig(transConfig)

    ...

    store, err := raftboltdb.NewBoltStore(filepath.Join(path, "raft.db"))

    ...

    持久化任期和选举的信息

    stable = store



    cacheStore, err := raft.NewLogCache(raftLogCacheSize, store)

    ...

    存储日志

     log = cacheStore

    ...

    snapshots, err := raft.NewFileSnapshotStore(path, snapshotsRetained, s.config.LogOutput)

    ...

    快照

    snap = snapshots

    ...

    创建raft

    s.raft, err = raft.NewRaft(s.config.RaftConfig, s.fsm, log, stable, snap, trans)

    ...

}


二 对应的函数简介

1  状态机

github.com/hashicorp/consul/agent/consul/fsm/fsm.go中

func New(gc *state.TombstoneGC, logOutput io.Writer) (*FSM, error) {

初始化一个内存数据库

stateNew, err := state.NewStateStore(gc)

...

}


func (c *FSM) Apply(log *raft.Log) interface{} {

...

查找日志对应的处理函数

if fn := c.apply[msgType]; fn != nil {

return fn(buf[1:], log.Index)

}

...

}

github.com/hashicorp/consul/agent/consul/fsm/commands_oss.go中

注册日志处理函数

func init() {

...

registerCommand(structs.KVSRequestType, (*FSM).applyKVSOperation)

...

}


func (c *FSM) applyKVSOperation(buf []byte, index uint64) interface{} {

...

switch req.Op {

 case api.KVSet:

return c.state.KVSSet(index, &req.DirEnt)

...

}

...

}


github.com/hashicorp/consul/agent/consul/state/state_store.go中

内存数据库

func NewStateStore(gc *TombstoneGC) (*Store, error) {

...

...

}

github.com/hashicorp/consul/agent/consul/state/kvs.go

func (s *Store) KVSSet(idx uint64, entry *structs.DirEntry) error {

tx := s.db.Txn(true)

defer tx.Abort()

if err := s.kvsSetTxn(tx, idx, entry, false); err != nil {

return err

}

tx.Commit()

return nil

}


2 raft rpc

处理rpc请求

github.com/hashicorp/raft/net_transport.go中

func NewNetworkTransportWithConfig(

config *NetworkTransportConfig,

 ) *NetworkTransport {

...

go trans.listen()

...

}

监听

func (n *NetworkTransport) listen() {

for{

...

go n.handleConn(conn)

}


处理和响应入口

func (n *NetworkTransport) handleConn(conn net.Conn) {

for {

 if err := n.handleCommand(r, dec, enc); err != nil {

...

}

if err := w.Flush(); err != nil {

...

}

}


处理入库

func (n *NetworkTransport) handleCommand(r *bufio.Reader, dec *codec.Decoder, enc *codec.Encoder) error {

...

select {

发送给请求消费方

 case n.consumeCh <- rpc:

 case <-n.shutdownCh:

 return ErrTransportShutdown

 }

...

select {

 case resp := <-respCh:

case <-n.shutdownCh:

return ErrTransportShutdown

}

...

}

消费方获取consumech,这个对应的是raft里的rpcch

func (n *NetworkTransport) Consumer() <-chan RPC {

return n.consumeCh

}

3 raft

github.com/hashicorp/raft/api.go中

func NewRaft(conf *Config, fsm FSM, logs LogStore, stable StableStore, snaps SnapshotStore, trans Transport) (*Raft, error) 

{

...

启动raft流程

r.goFunc(r.run)

启动状态机

r.goFunc(r.runFSM)

启动定期生成快照

r.goFunc(r.runSnapshots)

...

}


github.com/hashicorp/raft/raft.go中

raft身份的

func (r *Raft) run() {

...

switch r.getState() {

 case Follower:

 r.runFollower()

case Candidate:

r.runCandidate()

case Leader:

r.runLeader()

 }

...

}


跟随者

func (r *Raft) runFollower() {

for {

选举复制等rpc请求

case rpc := <-r.rpcCh:

 r.processRPC(rpc)

}

...

非leader拒绝apply

case a := <-r.applyCh:

    a.respond(ErrNotLeader)


非leader拒绝认证leader

case v := <-r.verifyCh:

    v.respond(ErrNotLeader)

...


来自leader的心跳超时

case <-heartbeatTimer:

 lastContact := r.LastContact()

 if time.Now().Sub(lastContact) < r.conf.HeartbeatTimeout {

 continue

}

...

成为候选人

r.setState(Candidate)

...

}


候选人

func (r *Raft) runCandidate() {

选自己

voteCh := r.electSelf()

随机选举超时

electionTimer := randomTimeout(r.conf.ElectionTimeout)

多数派

votesNeeded := r.quorumSize()

,,,

for r.getState() == Candidate {

这时候有复制复制的话,会回退到follower

 case rpc := <-r.rpcCh:

r.processRPC(rpc)

case vote := <-voteCh:

对方任期更大,自己回退到follower

if vote.Term > r.getCurrentTerm() {

 r.setState(Follower)

r.setCurrentTerm(vote.Term)

 return

}

收到选票

if vote.Granted {

grantedVotes++

}

达成多数派

if grantedVotes >= votesNeeded {

r.setState(Leader)

r.setLeader(r.localAddr)

return 

}

}

}


func (r *Raft) electSelf() <-chan *voteResult {

任期+1

r.setCurrentTerm(r.getCurrentTerm() + 1)

获取持久化的最新日志index和任期

lastIdx, lastTerm := r.getLastEntry()

 req := &RequestVoteRequest{

RPCHeader:    r.getRPCHeader(),

Term:        r.getCurrentTerm(),

Candidate:    r.trans.EncodePeer(r.localID, r.localAddr),

 LastLogIndex: lastIdx,

LastLogTerm:  lastTerm,

}

askPeer := func(peer Server) {

resp := &voteResult{voterID: peer.ID}

 err := r.trans.RequestVote(peer.ID, peer.Address, req, &resp.RequestVoteResponse)

   if err != nil {

r.logger.Printf("[ERR] raft: Failed to make RequestVote RPC to %v: %v", peer, err)

resp.Term = req.Term

resp.Granted = false

}

respCh <- resp

}

for _, server := range r.configurations.latest.Servers {

判断peer是否有选举权

 if server.Suffrage == Voter {

...

}

}


挑选日志复制和选举rpc分析

func (r *Raft) processRPC(rpc RPC) {

...

switch cmd := rpc.Command.(type) {

case *AppendEntriesRequest:

 r.appendEntries(rpc, cmd)

case *RequestVoteRequest:

r.requestVote(rpc, cmd)

...

}

}


日志复制

func (r *Raft) appendEntries(rpc RPC, a *AppendEntriesRequest) {

忽略更小的任期

if a.Term < r.getCurrentTerm() {

return

}


收到更大任期的复制,自己会退到follower,更新任期

if a.Term > r.getCurrentTerm() || r.getState() != Follower {

 r.setState(Follower)

 r.setCurrentTerm(a.Term)

resp.Term = a.Term

 }

if a.PrevLogEntry > 0 {

lastIdx, lastTerm := r.getLastEntry()

var prevLogTerm uint64

 if a.PrevLogEntry == lastIdx {

prevLogTerm = lastTerm

} else {

var prevLog Log

 if err := r.logs.GetLog(a.PrevLogEntry, &prevLog); err != nil {

复制中会用来知道logindex不匹配,需要回退匹配

resp.NoRetryBackoff = true

return

}

prevLogTerm = prevLog.Term

}

if a.PrevLogTerm != prevLogTerm {

resp.NoRetryBackoff = true

return

}

...

resp.Success = true

r.setLastContact()

return 

}


启动领导

func (r *Raft) runLeader() {

启动复制

r.startStopReplication()


当选后发送一个noop日志,启动复制流程,否则会日志安全问题

noop := &logFuture{

 log: Log{

Type: LogNoop,

},

}

r.dispatchLogs([]*logFuture{noop})


r.leaderLoop()

}


领导执行循环

func (r *Raft) leaderLoop() {

...

for r.getState() == Leader {

case rpc := <-r.rpcCh:

 r.processRPC(rpc)


follower复制时响应的任期大于自己的任期,需要回退到follower

case <-r.leaderState.stepDown:

  r.setState(Follower)


apply达成多数派

case <-r.leaderState.commitCh:

...

响应上层的命令

case newLog := <-r.applyCh:

ready := []*logFuture{newLog}

 for i := 0; i < r.conf.MaxAppendEntries; i++ {

select {

case newLog := <-r.applyCh:

 ready = append(ready, newLog)

default:

break

}

}

...

r.dispatchLogs(ready)


租约到期

case <-lease:

检查租约有效性

maxDiff := r.checkLeaderLease()

checkInterval := r.conf.LeaderLeaseTimeout - maxDiff

 if checkInterval < minCheckInterval {

checkInterval = minCheckInterval

 }


 lease = time.After(checkInterval)

}

}


检查租约有效性,如果距离和大部分的follower的交互时间点的时间段中最大并未超过租约时长,那么可以继续leader,否则回退follower

 func (r *Raft) checkLeaderLease() time.Duration {

var maxDiff time.Duration

now := time.Now()

for peer, f := range r.leaderState.replState {

diff := now.Sub(f.LastContact())

if diff <= r.conf.LeaderLeaseTimeout {

contacted++

if diff > maxDiff {

maxDiff = diff

 }

 } else {

...

}

quorum := r.quorumSize()

if contacted < quorum {

r.setState(Follower)

}

}


分发日志复写

func (r *Raft) dispatchLogs(applyLogs []*logFuture) {

for _, f := range r.leaderState.replState {

asyncNotifyCh(f.triggerCh)

}

}


启动复制

func (r *Raft) startStopReplication() {

for _, server := range r.configurations.latest.Servers {

...

r.goFunc(func() { r.replicate(s) })

...

}

}


复制入口

func (r *Raft) replicate(s *followerReplication) {

...

r.goFunc(func() { r.heartbeat(s, stopHeartbeat) })

...

for !shouldStop {

...

case <-s.triggerCh:

 lastLogIdx, _ := r.getLastLog()

 shouldStop = r.replicateTo(s, lastLogIdx)

...

}

}


复制操作

func (r *Raft) replicateTo(s *followerReplication, lastIndex uint64) (shouldStop bool) {

...


日志定期会进行快照,然后删除,如果跟随者的log index本地未找到,那就发送日志快照

if err := r.setupAppendEntries(s, &req, s.nextIndex, lastIndex); err == ErrLogNotFound {

        goto SEND_SNAP

}else if err!=nil {

return

}

...

if err := r.trans.AppendEntries(s.peer.ID, s.peer.Address, &req, &resp); err != nil {

...

}

...

if resp.Success {

updateLastAppended(s, &req)

...

} else {

回退nextindex 进行尝试复制

s.nextIndex = max(min(s.nextIndex-1, resp.LastLog+1), 1)

if resp.NoRetryBackoff {

s.failures = 0

 } else {

s.failures ++

}

}



 if s.nextIndex <= lastIndex {

 goto START

 }


发送日志快照

 SEND_SNAP:

 if stop, err := r.sendLatestSnapshot(s); stop {

return true

 } else if err != nil {

 r.logger.Printf("[ERR] raft: Failed to send snapshot to %v: %v", s.peer, err)

return

 }

}


成功复制给一个follower,更新状态

func updateLastAppended(s *followerReplication, req *AppendEntriesRequest) {

if logs := req.Entries; len(logs) > 0 {

last := logs[len(logs)-1]

 s.nextIndex = last.Index + 1

s.commitment.match(s.peer.ID, last.Index)

}

}


更新follower的复制index

func (c *commitment) match(server ServerID, matchIndex uint64) {

if prev, hasVote := c.matchIndexes[server]; hasVote && matchIndex > prev {

 c.matchIndexes[server] = matchIndex

 c.recalculate()

 }

}


计算是否就一条日志复制达成多数派

func (c *commitment) recalculate() {

...

复制达成多数派,通知leader commitch

if quorumMatchIndex > c.commitIndex && quorumMatchIndex >= c.startIndex {

c.commitIndex = quorumMatchIndex

asyncNotifyCh(c.commitCh)

}

...

}

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