La validation en deux phases (2PC) est un algorithme distribué utilisé en informatique pour garantir la cohérence d'une transaction sur plusieurs bases de données ou ressources. Il garantit que soit tous les nœuds participants s'engagent dans la transaction, soit qu'aucun d'entre eux ne le fait, préservant ainsi l'intégrité des données et évitant les incohérences dans les systèmes distribués.
L'histoire de l'origine de l'engagement en deux phases et sa première mention
Le concept de validation en deux phases a été introduit pour la première fois par EW Dijkstra en 1974 dans son article intitulé « Solution of a Problem in Concurrent Programming Control ». Plus tard, en 1981, le protocole de validation en deux phases a été formellement décrit par Jim Gray et Andreas Reuter dans leur article influent « Transaction Processing : Concepts and Techniques ».
Informations détaillées sur la validation en deux phases
La validation en deux phases est conçue pour gérer les transactions distribuées dans lesquelles plusieurs nœuds ou bases de données sont impliqués. Il est essentiel de s'assurer que tous les nœuds sont d'accord sur l'opportunité de valider ou d'abandonner la transaction. Le protocole fonctionne en deux phases : la phase de préparation et la phase de validation.
En phase de préparation :
- Le nœud coordinateur envoie une demande de préparation à tous les nœuds participants.
- Chaque participant répond par un accord (OUI) ou un désaccord (NON).
- Si un participant n'est pas d'accord, le coordinateur demande à tous les nœuds d'abandonner la transaction.
Dans la phase de validation :
- Si tous les participants ont accepté (OUI) lors de la phase de préparation, le coordinateur envoie une demande de validation à tous les nœuds.
- Dès réception de la demande de commit, chaque participant finalise la transaction en rendant permanentes les modifications nécessaires.
- Si un participant n'est pas d'accord (NON) pendant la phase de préparation, le coordinateur envoie une demande d'abandon à tous les nœuds et la transaction est annulée.
La structure interne de l'engagement en deux phases et son fonctionnement
La validation en deux phases implique les composants suivants :
-
Coordinateur: Responsable de l’initiation et de la gestion de la transaction. Il communique avec tous les nœuds participants et détermine s'il faut valider ou abandonner la transaction en fonction de leurs réponses.
-
Participants: Nœuds ou bases de données impliqués dans la transaction. Ils répondent à la demande de préparation du coordinateur par un accord ou un désaccord.
-
Journal des transactions: Chaque participant tient à jour un journal des transactions, qui enregistre toutes les modifications apportées au cours de la transaction. Ce journal permet de garantir que les modifications peuvent être annulées si nécessaire.
L'algorithme procède de la manière suivante :
-
Le coordinateur démarre la phase de préparation en envoyant une demande de préparation à tous les participants.
-
Chaque participant vote (d'accord ou pas) pour savoir s'il peut valider la transaction.
-
Le coordinateur collecte tous les votes et décide de valider ou d'abandonner la transaction.
-
Lors de la phase de validation, le coordinateur envoie une demande de validation ou d'abandon à tous les participants en fonction du résultat de la phase de préparation.
-
Les participants exécutent la décision finale, soit en validant les modifications de manière permanente, soit en annulant la transaction.
Analyse des principales caractéristiques de l'engagement en deux phases
La validation en deux phases offre plusieurs fonctionnalités clés :
-
Atomicité: Il garantit que tous les nœuds sont validés ou qu'aucun d'entre eux ne le fait, évitant ainsi les mises à jour partielles ou incohérentes.
-
Cohérence: Le protocole garantit que le système reste cohérent, même en présence de pannes.
-
Durabilité: Une fois la transaction validée, les modifications deviennent permanentes et survivent aux pannes du système.
-
Bloquer la nature: La validation en deux phases a un caractère bloquant, ce qui signifie qu'elle peut attendre indéfiniment une réponse des participants, ce qui entraîne des retards potentiels.
Types d'engagement en deux phases
Il existe des variantes du protocole de validation en deux phases, notamment :
| Taper | Description |
|---|---|
| Validation de base en deux phases | La version standard décrite précédemment. |
| Engagement en trois phases | Ajoute une phase supplémentaire de « pré-commit » pour résoudre les problèmes de blocage. |
| Engagement optimiste | Permet aux participants de s'engager au préalable avant de recevoir la décision du coordinateur. |
Façons d'utiliser la validation en deux phases, les problèmes et leurs solutions
Le commit en deux phases trouve des applications dans divers domaines, tels que :
-
Gestion de base de données: Assurer la cohérence et l'intégrité des systèmes de bases de données distribuées.
-
Transactions de commerce électronique: Gestion des transactions sur plusieurs serveurs lors des achats en ligne.
Cependant, le protocole présente certaines limites :
-
Blocage: La nature bloquante de 2PC peut entraîner des problèmes de performances, en particulier dans les systèmes à grande échelle.
-
Point de défaillance unique: Le coordinateur agit comme un point de défaillance unique ; s'il plante, l'ensemble du processus de transaction peut échouer.
Pour atténuer ces problèmes, certaines solutions incluent :
-
Optimisations: Mettre en œuvre des techniques d'optimisation, telles que des stratégies de validation hâtive ou de validation non bloquante, pour réduire les problèmes de blocage.
-
Licenciement du coordonnateur: Introduction de la redondance du coordinateur avec un mécanisme de basculement pour améliorer la tolérance aux pannes.
Principales caractéristiques et autres comparaisons avec des termes similaires
| Caractéristique | Comparaison avec l'engagement en deux phases |
|---|---|
| Cohérence | Semblable à la validation en trois phases et à Paxos pour maintenir la cohérence dans les systèmes distribués. |
| Performance | Par rapport à Paxos et Raft, la validation en deux phases peut présenter une latence plus élevée en raison du blocage. |
| Tolérance aux pannes | La validation en deux phases et Paxos offrent tous deux une tolérance aux pannes, tandis que la validation en deux phases est plus simple à mettre en œuvre. |
| Frais généraux de communication | Raft a une surcharge de communication inférieure à la validation en deux phases, ce qui le rend plus adapté aux systèmes à grande échelle. |
Perspectives et technologies du futur liées à l'engagement en deux phases
À mesure que les systèmes distribués continuent d’évoluer, des protocoles de transaction plus efficaces et plus tolérants aux pannes pourraient émerger. Les chercheurs explorent des alternatives telles que Raft, Paxos et des variantes de l'engagement en deux phases pour résoudre les limitations et les problèmes d'évolutivité. De plus, les progrès des algorithmes de consensus et de l’apprentissage automatique pourraient conduire à de nouvelles façons de parvenir à un accord distribué.
Comment les serveurs proxy peuvent être utilisés ou associés à une validation en deux phases
Les serveurs proxy agissent comme intermédiaires entre les clients et les serveurs, gérant les demandes et les réponses au nom des clients. Bien qu'ils ne soient pas directement associés à la validation en deux phases, les serveurs proxy peuvent jouer un rôle important dans la distribution des transactions sur plusieurs serveurs back-end.
Lorsque les clients lancent des transactions distribuées via un serveur proxy, le proxy peut acheminer intelligemment les requêtes vers différents nœuds back-end, participant au protocole de validation en deux phases. Cela permet un équilibrage de charge et une tolérance aux pannes améliorée dans les systèmes distribués. De plus, les serveurs proxy peuvent mettre en cache les réponses, réduisant ainsi la charge sur les nœuds backend et améliorant les performances globales du système.
Liens connexes
- Transactions distribuées : protocole de validation en deux phases
- Un guide du protocole d'engagement en deux phases
- Protocoles de consensus : engagement en deux phases contre Paxos
- Comprendre l'algorithme de consensus du radeau
- Paxos simplifié
En conclusion, la validation en deux phases est un algorithme distribué crucial pour maintenir la cohérence transactionnelle sur plusieurs nœuds. Malgré sa nature bloquante et sa vulnérabilité de coordinateur, il reste largement utilisé dans diverses applications. À mesure que la technologie évolue, les chercheurs continuent d'explorer des alternatives et des optimisations, et les serveurs proxy peuvent améliorer leur efficacité dans les systèmes distribués. Comprendre les nuances du protocole de validation en deux phases est essentiel pour créer des applications distribuées robustes et fiables.
