Replikeringsprotokoll

Replikeringsprotokoll är regler som styr hur tillståndsändringar sprids och ordnas mellan flera kopior av en tjänst i ett distribuerat system. Syftet är att hålla kopiorna konsekventa och tillgängliga trots fel i nätverk eller noder.

Genomförandet omfattar att utse en ledare eller primär, överföra loggposter eller operationer till sekundärer, fastställa i vilken ordning åtgärder ska tillämpas och hantera fel samt failover. Det anger också kriterier för när en skrivning anses committed, till exempel när ett visst antal noder bekräftar den. Protokollet definierar därmed vilka noder som måste vara med i beslutet om en uppdatering riktas till, vilket påverkar både konsistens och tillgänglighet.

Det finns två breda angreppssätt: konsensusbaserad state-machine‑replikering och loggbaserad primär-till-sekundär replikering. Konsensusbaserad replikering använder protokoll som Paxos, Raft eller Zab för att uppnå enighet om en total ordning av operationer över noderna, vilket vanligtvis ger stark konsistens. Loggbaserad replikering skickar loggposter från primären till sekundärerna och kan vara synkron eller asynkron; synkron låser in skrivningar tills de är säkra på majoriteten, medan asynkron ger låg latens men möjlighet till avvikelse mellan noder.

Frågor om konsistens och svar: Replikationsprotokoll stödjer olika nivåer av konsistens och latens, från starkt konsistensa (linearizability) till eventual eller kausal konsistens. De måste även hantera nätverkspartitioner och olika feltyper; vissa protokoll är anpassade för bysantinska fel (BFT) medan traditionella ofta fokuserar på crash faults.

Användningsområden inkluderar distribuerade databaser, filsystem och molntjänster. Vanliga exempel är PostgreSQLs streamingreplikering, MongoDBs replica sets och Cassandra, som erbjuder eventual konsistens med tunable nivåer. Replikeringsprotokoll utgör en kritisk del av moderna system som kräver hög tillgänglighet och fel tolerans.