paxos.cc

   1 #include "paxos.h"
   2
   3 using namespace std::placeholders;
   4
   5 paxos_change::~paxos_change() {}
   6
   7 bool isamember(const node_t & m, const nodes_t & nodes) {
   8     return std::find(nodes.begin(), nodes.end(), m) != nodes.end();
   9 }
  10
  11 // check if l2 contains a majority of the elements of l1
  12 bool majority(const nodes_t & l1, const nodes_t & l2) {
  13     auto overlap = (size_t)std::count_if(
  14             l1.begin(), l1.end(), std::bind(isamember, _1, l2));
  15     return overlap >= (l1.size() >> 1) + 1;
  16 }
  17
  18 // This module implements the proposer and acceptor of the Paxos
  19 // distributed algorithm as described by Lamport's "Paxos Made
  20 // Simple".  To kick off an instance of Paxos, the caller supplies a
  21 // list of nodes, a proposed value, and invokes the proposer.  If the
  22 // majority of the nodes agree on the proposed value after running
  23 // this instance of Paxos, the acceptor invokes the upcall
  24 // paxos_commit to inform higher layers of the agreed value for this
  25 // instance.
  26
  27 proposer_acceptor::proposer_acceptor(paxos_change *_delegate,
  28         bool _first, const node_t & _me, const value_t & _value)
  29     : delegate(_delegate), me (_me)
  30 {
  31     // at this point, the log has already been replayed
  32     if (instance_h == 0 && _first) {
  33         values[1] = _value;
  34         l.loginstance(1, _value);
  35         instance_h = 1;
  36     }
  37
  38     pxs.reg(paxos_protocol::preparereq, &proposer_acceptor::preparereq, this);
  39     pxs.reg(paxos_protocol::acceptreq, &proposer_acceptor::acceptreq, this);
  40     pxs.reg(paxos_protocol::decidereq, &proposer_acceptor::decidereq, this);
  41 }
  42
  43 bool proposer_acceptor::run(unsigned instance, const nodes_t & cur_nodes, const value_t & newv)
  44 {
  45     lock ml(proposer_mutex);
  46     LOG << "initiate paxos for " << cur_nodes << " w. i=" << instance << " v=\"" << newv << "\" stable=" << stable;
  47     if (!stable) {  // already running proposer?
  48         LOG << "paxos proposer already running";
  49         return false;
  50     }
  51     stable = false;
  52     bool r = false;
  53     proposal.n = std::max(promise.n, proposal.n) + 1;
  54     nodes_t accepts;
  55     value_t v;
  56     if (prepare(instance, accepts, cur_nodes, v)) {
  57
  58         if (majority(cur_nodes, accepts)) {
  59             LOG << "received a majority of prepare responses";
  60
  61             if (!v.size())
  62                 v = newv;
  63
  64             breakpoint1();
  65
  66             nodes_t nodes;
  67             nodes.swap(accepts);
  68             accept(instance, accepts, nodes, v);
  69
  70             if (majority(cur_nodes, accepts)) {
  71                 LOG << "received a majority of accept responses";
  72
  73                 breakpoint2();
  74
  75                 decide(instance, accepts, v);
  76                 r = true;
  77             } else {
  78                 LOG << "no majority of accept responses";
  79             }
  80         } else {
  81             LOG << "no majority of prepare responses";
  82         }
  83     } else {
  84         LOG << "prepare is rejected " << stable;
  85     }
  86     stable = true;
  87     return r;
  88 }
  89
  90 bool proposer_acceptor::prepare(unsigned instance, nodes_t & accepts,
  91         const nodes_t & nodes, value_t & v) {
  92     LOG << "sending prepare messages (" << proposal.n << ", " << proposal.m << ", \"" << v << "\")";
  93     prepareres res;
  94     prop_t highest_n_a{0, ""};
  95     for (auto i : nodes) {
  96         auto cl = rpcc::bind_cached(i);
  97         if (!cl)
  98             continue;
  99         int status = cl->call_timeout(paxos_protocol::preparereq, milliseconds(100),
 100                 res, me, instance, proposal);
 101         if (status == paxos_protocol::OK) {
 102             LOG << "preparereq response type=" << res.type << " n_a=(" << res.n_a.n
 103                 << ", " << res.n_a.m << ") " << "v_a=\"" << res.v_a << "\"";
 104             if (res.type == prepareres::oldinstance) {
 105                 LOG << "commiting old instance!";
 106                 lock ml(acceptor_mutex);
 107                 commit(instance, res.v_a, ml);
 108                 return false;
 109             } else if (res.type == prepareres::accept) {
 110                 accepts.push_back(i);
 111                 if (res.n_a >= highest_n_a) {
 112                     LOG << "found a newer accepted proposal, \"" << res.v_a << "\", with number (" << res.n_a.n << ", " << res.n_a.m << ")";
 113                     v = res.v_a;
 114                     highest_n_a = res.n_a;
 115                 }
 116             }
 117         }
 118     }
 119     return true;
 120 }
 121
 122 void proposer_acceptor::accept(unsigned instance, nodes_t & accepts,
 123         const nodes_t & nodes, const value_t & v) {
 124     bool accept = false;
 125     for (auto i : nodes) {
 126         if (auto cl = rpcc::bind_cached(i)) {
 127             int status = cl->call_timeout(paxos_protocol::acceptreq, milliseconds(100),
 128                     accept, me, instance, proposal, v);
 129             if (status == paxos_protocol::OK && accept)
 130                 accepts.push_back(i);
 131         }
 132     }
 133 }
 134
 135 void proposer_acceptor::decide(unsigned instance, const nodes_t & accepts, const value_t & v) {
 136     int res = 0;
 137     for (auto i : accepts)
 138         if (auto cl = rpcc::bind_cached(i))
 139             cl->call_timeout(paxos_protocol::decidereq, milliseconds(100), res, me, instance, v);
 140 }
 141
 142 paxos_protocol::status
 143 proposer_acceptor::preparereq(prepareres & r, const node_t &, unsigned instance, prop_t n) {
 144     LOG << "instance " << instance << " proposal (" << n.n << ", " << n.m << ")";
 145     lock ml(acceptor_mutex);
 146     if (instance <= instance_h) {
 147         LOG << "old instance " << instance << " has value " << values[instance];
 148         r = prepareres{prepareres::oldinstance, accepted, values[instance]};
 149     } else if (n > promise) {
 150         LOG << "looks good to me";
 151         promise = n;
 152         l.logprop(promise);
 153         r = prepareres{prepareres::accept, accepted, accepted_value};
 154     } else {
 155         LOG << "I totally rejected this request.  Ha.";
 156         r = prepareres{prepareres::reject, accepted, accepted_value};
 157     }
 158     LOG << "preparereq is responding with oldinstance=" << r.oldinstance << " accept=" << r.accept
 159         << " n_a=(" << r.n_a.n << ", " << r.n_a.m << ") " << "v_a=\"" << r.v_a << "\"";
 160     return paxos_protocol::OK;
 161 }
 162
 163 paxos_protocol::status
 164 proposer_acceptor::acceptreq(bool & r, const node_t &, unsigned instance, prop_t n, const value_t & v) {
 165     lock ml(acceptor_mutex);
 166     r = false;
 167     if (instance != instance_h + 1)
 168         return paxos_protocol::ERR;
 169     if (n >= promise) {
 170         accepted = n;
 171         accepted_value = v;
 172         l.logaccept(accepted, accepted_value);
 173         r = true;
 174     }
 175     return paxos_protocol::OK;
 176 }
 177
 178 paxos_protocol::status
 179 proposer_acceptor::decidereq(int &, const node_t &, unsigned instance, const value_t & v) {
 180     lock ml(acceptor_mutex);
 181     LOG << "decidereq for accepted instance " << instance << " (my instance " << instance_h << ") v=" << accepted_value;
 182     if (instance == instance_h + 1) {
 183         VERIFY(accepted_value == v);
 184         commit(instance, v, ml);
 185     } else if (instance <= instance_h) {
 186         // we are ahead; ignore.
 187     } else {
 188         // we are behind.
 189         VERIFY(0);
 190     }
 191     return paxos_protocol::OK;
 192 }
 193
 194 void proposer_acceptor::commit(unsigned instance, const value_t & value, lock & acceptor_mutex_lock) {
 195     VERIFY(&value != &accepted_value); // eited by aliasing?
 196     VERIFY(acceptor_mutex_lock);
 197     LOG << "instance=" << instance << " has v=" << value;
 198     if (instance > instance_h) {
 199         LOG << "highestacceptedinstance = " << instance;
 200         values[instance] = value;
 201         l.loginstance(instance, value);
 202         instance_h = instance;
 203         accepted = promise = {0, me};
 204         accepted_value.clear();
 205         if (delegate) {
 206             acceptor_mutex_lock.unlock();
 207             delegate->paxos_commit(instance, value);
 208             acceptor_mutex_lock.lock();
 209         }
 210     }
 211 }
 212
 213 // For testing purposes
 214 void proposer_acceptor::breakpoint1() {
 215     if (break1) {
 216         LOG << "Dying at breakpoint 1!";
 217         exit(1);
 218     }
 219 }
 220
 221 void proposer_acceptor::breakpoint2() {
 222     if (break2) {
 223         LOG << "Dying at breakpoint 2!";
 224         exit(1);
 225     }
 226 }
 227
 228 void proposer_acceptor::breakpoint(int b) {
 229     if (b == 3) {
 230         LOG << "breakpoint 1";
 231         break1 = true;
 232     } else if (b == 4) {
 233         LOG << "breakpoint 2";
 234         break2 = true;
 235     }
 236 }