MIT6.824(2024春)Raft-lab3C代码分析

lab3C--持久化

在这个实验中，我们需要实现持久化这一内容。还是在这里给出一些参考资料：

任务简介

在分布式系统中，节点可能会因为各种原因（如硬件故障、网络问题、系统崩溃等）而重启。如果没有持久化机制，节点重启后将丢失所有状态信息，这会导致严重的问题。具体来说：

如果节点重启后丢失了currentTerm，它可能会错误地接受来自旧Leader的消息。如果丢失了votedFor，它可能会在同一个任期内重复投票，违反Raft的"每个节点每个任期最多投一票"的规则。如果丢失了log，它可能会接受错误的日志条目，导致数据不一致。
没有持久化时，重启的节点会从初始状态开始，这可能导致它接受过期的日志。其他节点可能已经提交了某些日志，但重启的节点完全不知道这些日志的存在。这会导致集群中出现数据不一致的情况。
如果Leader节点重启后丢失了日志，它可能会覆盖其他节点的正确日志。如果Follower节点重启后丢失了投票信息，它可能会在同一个任期内给不同的候选者投票。如果节点丢失了任期信息，它可能会错误地认为自己是Leader，导致出现多个Leader

在Raft论文中，有且仅有三个数据是需要持久化的。它们分别是Log、currentTerm、votedFor。Log是所有的Log条目。当某个服务器刚刚重启，在它加入到Raft集群之前，它必须要检查并确保这些数据有效的存储在它的磁盘上。

Log需要被持久化存储的原因是，这是唯一记录了应用程序状态的地方。当服务器重启时，唯一能用来重建应用程序状态的信息就是存储在Log中的一系列操作，所以Log必须要被持久化存储。

currentTerm和votedFor持久化的原因都是用来确保每个任期只有最多一个Leader。在一个故障的场景中，如果一个服务器收到了一个RequestVote请求，并且为服务器1投票了，之后它故障。如果它没有存储它为哪个服务器投过票，当它故障重启之后，收到了来自服务器2的同一个任期的另一个RequestVote请求，那么它还是会投票给服务器2，因为它发现自己的votedFor是空的，因此它认为自己还没投过票。现在这个服务器，在同一个任期内同时为服务器1和服务器2投了票。因为服务器1和服务器2都会为自己投票，它们都会认为自己有过半选票（3票中的2票），那它们都会成为Leader。现在同一个任期里面有了两个Leader。这就是为什么votedFor必须被持久化存储。

代码设计

这个实验的内容相较于上两个实验十分简单，主要是需要我们填写persist函数和readPersist函数，然后在需要持久化和读取持久化信息的地方调用对应函数即可。

根据注释信息完成persist函数和readPersist函数：

go 复制代码

func (rf *Raft) persist() {
	// DPrintf("server %v 开始持久化, 最后一个持久化的log为: %v:%v", rf.me, len(rf.log)-1, rf.log[len(rf.log)-1].Cmd)

	w := new(bytes.Buffer)
	e := labgob.NewEncoder(w)
	e.Encode(rf.votedFor)
	e.Encode(rf.currentTerm)
	e.Encode(rf.log)
	raftstate := w.Bytes()
	rf.persister.Save(raftstate, nil)
}

// restore previously persisted state.
func (rf *Raft) readPersist(data []byte) {
	if data == nil || len(data) < 1 { // bootstrap without any state?
		return
	}
	if data == nil || len(data) == 0 {
		return
	}
	r := bytes.NewBuffer(data)
	d := labgob.NewDecoder(r)

	var votedFor int
	var currentTerm int
	var log []Entry
	if d.Decode(&votedFor) != nil ||
		d.Decode(&currentTerm) != nil ||
		d.Decode(&log) != nil {
		DPrintf("readPersist failed\n")
	} else {
		rf.votedFor = votedFor
		rf.currentTerm = currentTerm
		rf.log = log
	}
}

在Raft代码实现中，只要修改了votedFor, currentTerm, log中的任意一个，则进行持久化，因此只需要在相应位置调用persist即可，这里不进行过多赘述，可以去参考代码仓库。

执行测试：