تعهد دو فازی (2PC) یک الگوریتم توزیع شده است که در علوم کامپیوتر برای اطمینان از ثبات یک تراکنش در پایگاه‌های داده یا منابع متعدد استفاده می‌شود. این تضمین میکند که یا تمام گره‌های شرکت‌کننده به تراکنش متعهد می‌شوند یا هیچ‌کدام از آنها تعهد نمی‌دهند، در نتیجه یکپارچگی داده‌ها را حفظ میکند و از ناهماهنگی در سیستم‌های توزیع شده جلوگیری میکند.
تاریخچه پیدایش ارتکاب دو فاز و اولین ذکر آن
مفهوم تعهد دو فازی برای اولین بار توسط EW Dijkstra در سال 1974 در مقاله خود با عنوان "حل مشکل در کنترل برنامه ریزی همزمان" معرفی شد. بعداً، در سال 1981، پروتکل تعهد دو فازی به طور رسمی توسط جیم گری و آندریاس رویتر در مقاله تأثیرگذار خود "پردازش تراکنش: مفاهیم و تکنیک ها" توصیف شد.
اطلاعات تفصیلی در مورد تعهد دو فازی
commit دو مرحله ای برای مدیریت تراکنش های توزیع شده که در آن گره ها یا پایگاه های داده متعدد درگیر هستند طراحی شده است. ضروری است اطمینان حاصل شود که همه گره ها در مورد انجام یا لغو تراکنش توافق دارند. پروتکل در دو مرحله عمل می کند: مرحله آماده سازی و مرحله تعهد.
در مرحله آماده سازی:
- گره هماهنگ کننده درخواست آماده سازی را به تمام گره های شرکت کننده ارسال می کند.
- هر شرکت کننده با موافقت (بله) یا مخالفت (نه) پاسخ می دهد.
- اگر هر یک از شرکت کنندگان مخالف باشد، هماهنگ کننده به همه گره ها دستور می دهد که تراکنش را لغو کنند.
در مرحله تعهد:
- اگر همه شرکت‌کنندگان در مرحله آماده‌سازی موافقت کردند (بله)، هماهنگ‌کننده یک درخواست تعهد به همه گره‌ها ارسال میکند.
- پس از دریافت درخواست commit، هر یک از شرکت‌کنندگان با ایجاد تغییرات لازم، تراکنش را نهایی می‌کنند.
- اگر هر یک از شرکت‌کنندگان در مرحله آماده‌سازی مخالفت کردند (NO)، هماهنگ‌کننده یک درخواست لغو به همه گره‌ها ارسال میکند و تراکنش به عقب بازگردانده می‌شود.
ساختار داخلی تعهد دو فازی و نحوه عملکرد آن
تعهد دو فازی شامل اجزای زیر است:
-
هماهنگ کننده: مسئول شروع و مدیریت معامله است. با تمام گره‌های شرکت‌کننده ارتباط برقرار میکند و بر اساس پاسخ‌های آنها تعیین میکند که آیا تراکنش را انجام دهد یا لغو کند.
-
شركت كنندگان: گره ها یا پایگاه های داده درگیر در تراکنش. آنها به درخواست آماده سازی هماهنگ کننده با موافقت یا مخالفت پاسخ می دهند.
-
گزارش معاملات: هر شرکت کننده یک گزارش تراکنش نگهداری می کند که تمام تغییرات ایجاد شده در طول تراکنش را ثبت می کند. این گزارش کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که می توان تغییرات را در صورت لزوم بازگرداند.
این الگوریتم به شیوه ذیل کار میکند:
-
هماهنگ کننده مرحله آماده سازی را با ارسال یک درخواست آماده سازی برای همه شرکت کنندگان آغاز می کند.
-
هر شرکت کننده در مورد اینکه آیا می تواند معامله را انجام دهد رای می دهد (موافق یا مخالف).
-
هماهنگ کننده تمام آرا را جمع آوری می کند و تصمیم می گیرد که آیا معامله را انجام دهد یا لغو کند.
-
در مرحله commit، هماهنگ کننده بر اساس نتیجه مرحله آماده سازی، یک درخواست commit یا abort را برای همه شرکت کنندگان ارسال می کند.
-
شرکت کنندگان تصمیم نهایی را اجرا می کنند، یا تغییرات را به طور دائم انجام می دهند یا تراکنش را عقب می اندازند.
تجزیه و تحلیل ویژگی های کلیدی commit دو فازی
commit دو فاز چندین ویژگی کلیدی را ارائه می دهد:
-
اتمی: تضمین می کند که یا همه گره ها متعهد می شوند یا هیچ یک از آنها انجام نمی دهند و از به روز رسانی های جزئی یا متناقض جلوگیری می کند.
-
ثبات: پروتکل تضمین می کند که سیستم حتی در صورت وجود خرابی ثابت می ماند.
-
ماندگاری: هنگامی که تراکنش انجام شد، تغییرات دائمی می شوند و از خرابی سیستم جان سالم به در می برند.
-
مسدود کردن طبیعت: ارتکاب دو مرحله ای ماهیت مسدود کننده دارد، به این معنی که ممکن است به طور نامحدود منتظر پاسخ شرکت کنندگان باشد که منجر به تاخیرهای احتمالی شود.
انواع تعهد دو فازی
پروتکل ارتکاب دو فازی انواع مختلفی دارد، از جمله:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| تعهد دو فازی پایه | نسخه استاندارد که قبلا توضیح داده شد. |
| تعهد سه فازی | یک مرحله "پیش تعهد" اضافی برای رفع مشکلات مسدود کردن اضافه می کند. |
| تعهد خوش بینانه | به شرکت کنندگان اجازه می دهد تا قبل از دریافت تصمیم از هماهنگ کننده، از قبل تعهد کنند. |
راه های استفاده از تعهد دو فازی، مشکلات و راه حل های آنها
commit دو فاز کاربردهایی را در زمینه های مختلف پیدا می کند، مانند:
-
مدیریت پایگاه داده: اطمینان از سازگاری و یکپارچگی در سیستم های پایگاه داده توزیع شده.
-
معاملات تجارت الکترونیک: مدیریت تراکنش ها در چندین سرور در حین خریدهای آنلاین.
با این حال، پروتکل محدودیت هایی دارد:
-
مسدود کردن: ماهیت مسدود کردن 2PC می تواند منجر به مشکلات عملکرد، به ویژه در سیستم های مقیاس بزرگ شود.
-
تنها نقطه شکست: هماهنگ کننده به عنوان یک نقطه شکست عمل می کند. اگر خراب شود، کل فرآیند تراکنش ممکن است با شکست مواجه شود.
برای کاهش این مشکلات، برخی از راه حل ها عبارتند از:
-
بهینه سازی ها: اجرای تکنیک‌های بهینه‌سازی، مانند استراتژی‌های commit مشتاق یا غیر مسدود کردن، برای کاهش مشکلات مسدود کردن.
-
افزونگی هماهنگ کننده: معرفی افزونگی هماهنگ کننده با مکانیزم شکست برای بهبود تحمل خطا.
ویژگی های اصلی و مقایسه های دیگر با اصطلاحات مشابه
| مشخصه | مقایسه با دو فاز commit |
|---|---|
| ثبات | مشابه سه فاز commit و Paxos در حفظ ثبات در سیستم های توزیع شده. |
| کارایی | در مقایسه با Paxos و Raft، commit دو فاز ممکن است تاخیر بیشتری را به دلیل مسدود شدن نشان دهد. |
| تحمل خطا | commit دو فاز و Paxos هر دو تحمل خطا را ارائه می دهند، در حالی که اجرای دو فاز ساده تر است. |
| سربار ارتباط | Raft سربار ارتباطی کمتری نسبت به دو فاز دارد که آن را برای سیستم های مقیاس بزرگ مناسب تر می کند. |
دیدگاه ها و فناوری های آینده مربوط به تعهد دو مرحله ای
همانطور که سیستم های توزیع شده به تکامل خود ادامه می دهند، ممکن است پروتکل های تراکنش کارآمدتر و با تحمل خطا ظاهر شوند. محققان در حال بررسی جایگزین‌هایی مانند Raft، Paxos و انواع commit دو فازی برای رسیدگی به محدودیت‌ها و مسائل مقیاس‌پذیری هستند. علاوه بر این، پیشرفت در الگوریتم‌های اجماع و یادگیری ماشینی ممکن است به راه‌های جدیدی برای دستیابی به توافق توزیع شده منجر شود.
چگونه می توان از سرورهای پروکسی استفاده کرد یا با commit دو فازی مرتبط شد
سرورهای پروکسی به عنوان واسطه بین کلاینت ها و سرورها عمل می کنند و درخواست ها و پاسخ ها را از طرف کلاینت ها رسیدگی می کنند. در حالی که مستقیماً با commit دو فازی مرتبط نیست، سرورهای پروکسی می توانند نقش مهمی در توزیع تراکنش ها در چندین سرور باطن بازی کنند.
هنگامی که کلاینت ها تراکنش های توزیع شده را از طریق یک سرور پراکسی آغاز می کنند، پروکسی می تواند به طور هوشمند درخواست ها را به گره های باطن مختلف هدایت کند و در پروتکل commit دو فازی شرکت کند. این امکان متعادل سازی بار و افزایش تحمل خطا در سیستم های توزیع شده را فراهم می کند. علاوه بر این، سرورهای پروکسی می‌توانند پاسخ‌ها را در حافظه پنهان نگه دارند، بار روی گره‌های باطن را کاهش داده و عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشند.
لینک های مربوطه
- تراکنش های توزیع شده: پروتکل تعهد دو فازی
- راهنمای پروتکل تعهد دو فازی
- پروتکل های اجماع: تعهد دو مرحله ای در مقابل پکسوس
- درک الگوریتم اجماع Raft
- Paxos ساده ساخته شده است
در نتیجه، تعهد دو فازی یک الگوریتم توزیع شده حیاتی برای حفظ ثبات تراکنش در بین چندین گره است. با وجود ماهیت مسدود کننده و آسیب پذیری هماهنگ کننده، همچنان به طور گسترده در برنامه های مختلف استفاده می شود. با تکامل فناوری، محققان به کاوش جایگزین ها و بهینه سازی ها ادامه می دهند و سرورهای پروکسی می توانند اثربخشی آن را در سیستم های توزیع شده افزایش دهند. درک تفاوت های ظریف پروتکل تعهد دو فازی برای ساخت برنامه های کاربردی توزیع شده قوی و قابل اعتماد ضروری است.
