الالتزام على مرحلتين (2PC) هو خوارزمية موزعة تستخدم في علوم الكمبيوتر لضمان اتساق المعاملة عبر قواعد بيانات أو موارد متعددة. فهو يضمن إما التزام جميع العقد المشاركة بالمعاملة أو عدم التزام أي منها بذلك، وبالتالي الحفاظ على سلامة البيانات ومنع التناقضات في الأنظمة الموزعة.
تاريخ أصل الالتزام على المرحلتين والذكر الأول له
تم تقديم مفهوم الالتزام على مرحلتين لأول مرة بواسطة EW Dijkstra في عام 1974 في ورقته البحثية التي تحمل عنوان "حل مشكلة في التحكم في البرمجة المتزامنة". وفي وقت لاحق، في عام 1981، تم وصف بروتوكول الالتزام على مرحلتين رسميًا بواسطة جيم جراي وأندرياس رويتر في بحثهما المؤثر "معالجة المعاملات: المفاهيم والتقنيات".
معلومات تفصيلية حول الالتزام على مرحلتين
تم تصميم الالتزام على مرحلتين لإدارة المعاملات الموزعة التي تتضمن عقدًا أو قواعد بيانات متعددة. من الضروري التأكد من أن جميع العقد متفقة على الالتزام بالمعاملة أو إحباطها. يعمل البروتوكول على مرحلتين: مرحلة الإعداد ومرحلة الالتزام.
في مرحلة التحضير:
- ترسل العقدة المنسقة طلب تحضير إلى جميع العقد المشاركة.
- يجيب كل مشارك بالموافقة (نعم) أو عدم الاتفاق (لا).
- إذا لم يوافق أي مشارك، يقوم المنسق بإرشاد جميع العقد لإلغاء المعاملة.
في مرحلة الالتزام:
- إذا وافق جميع المشاركين (نعم) أثناء مرحلة الإعداد، يرسل المنسق طلب التزام إلى جميع العقد.
- عند تلقي طلب الالتزام، يقوم كل مشارك بإنهاء المعاملة عن طريق إجراء التغييرات اللازمة بشكل دائم.
- إذا اختلف أي مشارك (لا) أثناء مرحلة الإعداد، يرسل المنسق طلب إلغاء إلى جميع العقد، ويتم التراجع عن المعاملة.
الهيكل الداخلي للالتزام على مرحلتين وكيف يعمل
يتضمن الالتزام على مرحلتين المكونات التالية:
-
منسق: مسؤول عن بدء وإدارة المعاملة. يتواصل مع جميع العقد المشاركة ويحدد ما إذا كان سيتم تنفيذ المعاملة أو إحباطها بناءً على استجاباتهم.
-
مشاركون: العقد أو قواعد البيانات المشاركة في المعاملة. يستجيبون لطلب المنسق التحضيري بالاتفاق أو الاختلاف.
-
سجل المعاملات: يحتفظ كل مشارك بسجل المعاملات، الذي يسجل جميع التغييرات التي تم إجراؤها أثناء المعاملة. يساعد هذا السجل على ضمان إمكانية التراجع عن التغييرات إذا لزم الأمر.
الخوارزميه تؤدي كما تتبع:
-
يبدأ المنسق مرحلة الإعداد بإرسال طلب إعداد إلى جميع المشاركين.
-
يصوت كل مشارك (يوافق أو لا يوافق) على ما إذا كان يمكنه تنفيذ المعاملة.
-
يقوم المنسق بجمع كافة الأصوات ويقرر ما إذا كان سيتم تنفيذ المعاملة أو إحباطها.
-
في مرحلة الالتزام، يرسل المنسق إما طلب الالتزام أو الإلغاء إلى كافة المشاركين بناءً على نتائج مرحلة الإعداد.
-
يقوم المشاركون بتنفيذ القرار النهائي، إما بتنفيذ التغييرات بشكل دائم أو التراجع عن المعاملة.
تحليل السمات الرئيسية للالتزام على مرحلتين
يقدم الالتزام على مرحلتين العديد من الميزات الرئيسية:
-
الذرية: يضمن التزام جميع العقد أو عدم التزام أي منها، مع تجنب التحديثات الجزئية أو غير المتسقة.
-
تناسق: يضمن البروتوكول بقاء النظام متسقًا، حتى في حالة وجود أعطال.
-
متانة: بمجرد تنفيذ المعاملة، تصبح التغييرات دائمة وتنجو من فشل النظام.
-
حجب الطبيعة: الالتزام على مرحلتين له طبيعة معيقة، مما يعني أنه قد ينتظر إلى أجل غير مسمى ردًا من المشاركين، مما يؤدي إلى تأخيرات محتملة.
أنواع الالتزام على مرحلتين
هناك اختلافات في بروتوكول الالتزام على مرحلتين، بما في ذلك:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| الالتزام الأساسي على مرحلتين | الإصدار القياسي الموصوف سابقًا. |
| التزام ثلاث مراحل | يضيف مرحلة "التزام مسبق" إضافية لمعالجة مشكلات الحظر. |
| التزام متفائل | يتيح للمشاركين الالتزام المسبق قبل استلام القرار من المنسق. |
طرق استخدام الالتزام على مرحلتين والمشكلات وحلولها
يجد الالتزام على مرحلتين تطبيقات في مجالات مختلفة، مثل:
-
إدارة قاعدة البيانات: ضمان الاتساق والنزاهة في أنظمة قواعد البيانات الموزعة.
-
معاملات التجارة الإلكترونية: إدارة المعاملات عبر خوادم متعددة أثناء عمليات الشراء عبر الإنترنت.
ومع ذلك، فإن البروتوكول لديه بعض القيود:
-
الحظر: يمكن أن تؤدي طبيعة الحظر لجهاز 2PC إلى مشكلات في الأداء، خاصة في الأنظمة واسعة النطاق.
-
نقطة واحدة من الفشل: يعمل المنسق كنقطة فشل واحدة؛ إذا تعطل، قد تفشل عملية المعاملة بأكملها.
للتخفيف من هذه المشاكل، بعض الحلول تشمل:
-
التحسينات: تنفيذ تقنيات التحسين، مثل استراتيجيات الالتزام المتحمّس أو عدم الحظر، لتقليل مشكلات الحظر.
-
فائض المنسق: تقديم تكرار المنسق مع آلية تجاوز الفشل لتحسين تحمل الخطأ.
الخصائص الرئيسية ومقارنات أخرى مع مصطلحات مماثلة
| صفة مميزة | مقارنة مع الالتزام على مرحلتين |
|---|---|
| تناسق | يشبه الالتزام ثلاثي المراحل وPaxos في الحفاظ على الاتساق في الأنظمة الموزعة. |
| أداء | بالمقارنة مع Paxos وRaft، قد يُظهر الالتزام على مرحلتين زمن وصول أعلى بسبب الحظر. |
| التسامح مع الخطأ | يوفر كل من الالتزام على مرحلتين وPaxos التسامح مع الخطأ، في حين أن الالتزام على مرحلتين أسهل في التنفيذ. |
| الاتصالات العامة | تتميز الطوافة بحمل اتصالات أقل من الالتزام على مرحلتين، مما يجعلها أكثر ملاءمة للأنظمة واسعة النطاق. |
وجهات نظر وتقنيات المستقبل المتعلقة بالالتزام على مرحلتين
مع استمرار تطور الأنظمة الموزعة، قد تظهر بروتوكولات معاملات أكثر كفاءة وتحملاً للأخطاء. يستكشف الباحثون بدائل مثل Raft وPaxos ومتغيرات التزام المرحلتين لمعالجة القيود وقضايا قابلية التوسع. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي التقدم في خوارزميات الإجماع والتعلم الآلي إلى طرق جديدة لتحقيق الاتفاق الموزع.
كيف يمكن استخدام الخوادم الوكيلة أو ربطها بالالتزام على مرحلتين
تعمل الخوادم الوكيلة كوسيط بين العملاء والخوادم، حيث تتعامل مع الطلبات والاستجابات نيابة عن العملاء. على الرغم من أنها لا ترتبط بشكل مباشر بالالتزام على مرحلتين، إلا أن الخوادم الوكيلة يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في توزيع المعاملات عبر خوادم خلفية متعددة.
عندما يبدأ العملاء معاملات موزعة من خلال خادم وكيل، يمكن للوكيل توجيه الطلبات بذكاء إلى عقد خلفية مختلفة، والمشاركة في بروتوكول الالتزام على مرحلتين. وهذا يسمح بموازنة التحميل وتعزيز التسامح مع الأخطاء في الأنظمة الموزعة. علاوة على ذلك، يمكن للخوادم الوكيلة تخزين الاستجابات مؤقتًا، مما يقلل الحمل على العقد الخلفية ويحسن الأداء العام للنظام.
روابط ذات علاقة
- المعاملات الموزعة: بروتوكول الالتزام على مرحلتين
- دليل لبروتوكول الالتزام على مرحلتين
- بروتوكولات الإجماع: الالتزام على مرحلتين مقابل باكسوس
- فهم خوارزمية إجماع الطوافة
- أصبح باكسوس بسيطًا
في الختام، يعد الالتزام على مرحلتين خوارزمية موزعة مهمة للحفاظ على اتساق المعاملات عبر العقد المتعددة. على الرغم من طبيعته المعيقة وضعف المنسق، فإنه لا يزال يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات المختلفة. مع تطور التكنولوجيا، يواصل الباحثون استكشاف البدائل والتحسينات، ويمكن للخوادم الوكيلة تعزيز فعاليتها في الأنظمة الموزعة. يعد فهم الفروق الدقيقة في بروتوكول الالتزام ثنائي المرحلتين أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات موزعة قوية وموثوقة.
