డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్స్: ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్స్ అమలు యొక్క సంక్లిష్టతలను అధిగమించడం

ఆధునిక సాంకేతికత యొక్క విశాలమైన, అనుసంధానిత ప్రకృతి దృశ్యంలో, డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్స్ మనం ప్రతిరోజూ ఉపయోగించే దాదాపు ప్రతి కీలక సేవకు వెన్నెముకగా నిలుస్తాయి. గ్లోబల్ ఫైనాన్షియల్ నెట్‌వర్క్‌లు మరియు క్లౌడ్ ఇన్‌ఫ్రాస్ట్రక్చర్ నుండి రియల్-టైమ్ కమ్యూనికేషన్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు మరియు ఎంటర్‌ప్రైజ్ అప్లికేషన్‌ల వరకు, ఈ సిస్టమ్‌లు బహుళ స్వతంత్ర కంప్యూటింగ్ నోడ్‌లలో పనిచేసేలా రూపొందించబడ్డాయి. అసమానమైన స్కేలబిలిటీ, రెసిలెన్స్ మరియు లభ్యతను అందిస్తున్నప్పటికీ, ఈ పంపిణీ ఒక లోతైన సవాలును పరిచయం చేస్తుంది: కొన్ని అనివార్యంగా విఫలమైనప్పటికీ, పాల్గొనే అన్ని నోడ్‌లలో స్థిరమైన మరియు అంగీకరించబడిన స్థితిని నిర్వహించడం. ఇది ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌ల రంగం.

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ వాతావరణాలలో డేటా సమగ్రత మరియు కార్యాచరణ కొనసాగింపునకు ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు నిశ్శబ్ద రక్షకులు. నెట్‌వర్క్ ఆలస్యం, నోడ్ క్రాష్‌లు లేదా హానికరమైన ప్రవర్తన ఉన్నప్పటికీ, అవి యంత్రాల సమూహాన్ని ఒకే విలువ, కార్యకలాపాల క్రమం లేదా స్థితి మార్పుపై అంగీకరించేలా చేస్తాయి. అవి లేకుండా, మన డిజిటల్ ప్రపంచం నుండి మనం ఆశించే విశ్వసనీయత కుప్పకూలుతుంది. ఈ సమగ్ర మార్గదర్శి ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌ల సంక్లిష్ట ప్రపంచంలోకి ప్రవేశిస్తుంది, వాటి ప్రాథమిక సూత్రాలను అన్వేషిస్తుంది, ప్రముఖ అమలులను పరిశీలిస్తుంది మరియు నిజ-ప్రపంచ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లలో వాటి విస్తరణకు ఆచరణాత్మక అంతర్దృష్టులను అందిస్తుంది.

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఏకాభిప్రాయం యొక్క ప్రాథమిక సవాలు

బలమైన డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌ను నిర్మించడం అంతర్గతంగా సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది. సందేశాలు ఆలస్యం కావడం, కోల్పోవడం లేదా తిరిగి క్రమబద్ధీకరించబడటం మరియు నోడ్‌లు స్వతంత్రంగా విఫలమయ్యే నెట్‌వర్క్‌ల యొక్క అసమకాలిక స్వభావంలో ప్రధాన కష్టం ఉంది. బహుళ సర్వర్‌లు ఒక నిర్దిష్ట లావాదేవీని కట్టుబడి ఉన్నాయా లేదా అనేదానిపై అంగీకరించాల్సిన పరిస్థితిని పరిగణించండి. కొన్ని సర్వర్‌లు విజయం సాధించాయని నివేదిస్తే, మరికొన్ని వైఫల్యం అని నివేదిస్తే, సిస్టమ్ స్థితి అస్పష్టంగా మారుతుంది, ఇది డేటా అస్థిరతకు మరియు సంభావ్య కార్యాచరణ గందరగోళానికి దారితీస్తుంది.

CAP సిద్ధాంతం మరియు దాని ప్రాముఖ్యత

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్స్‌లో ఒక ప్రాథమిక భావన CAP సిద్ధాంతం, ఇది ఒక డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ డేటా స్టోర్ క్రింది మూడు లక్షణాలలో రెండింటిని మాత్రమే ఏకకాలంలో హామీ ఇవ్వగలదని పేర్కొంది:

• కన్సిస్టెన్సీ (Consistency): ప్రతి రీడ్ అత్యంత ఇటీవలి రైట్ లేదా ఎర్రర్‌ను స్వీకరిస్తుంది.
• లభ్యత (Availability): ప్రతి అభ్యర్థన ప్రతిస్పందనను స్వీకరిస్తుంది, అది అత్యంత ఇటీవలి రైట్ అని హామీ లేకుండా.
• పార్టిషన్ టాలరెన్స్ (Partition Tolerance): నోడ్‌ల మధ్య సందేశాలను వదిలివేసే ఏకపక్ష నెట్‌వర్క్ వైఫల్యాలు (పార్టిషన్లు) ఉన్నప్పటికీ సిస్టమ్ పనిచేయడం కొనసాగిస్తుంది.

వాస్తవానికి, ఏదైనా తగినంత పెద్ద-స్థాయి డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లో నెట్‌వర్క్ విభజనలు అనివార్యం. అందువల్ల, డిజైనర్లు ఎల్లప్పుడూ పార్టిషన్ టాలరెన్స్ (P) ని ఎంచుకోవాలి. ఇది కన్సిస్టెన్సీ (C) మరియు లభ్యత (A) మధ్య ఒక ఎంపికను వదిలివేస్తుంది. ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు ప్రధానంగా పార్టిషన్లు (P) ఉన్నప్పటికీ కన్సిస్టెన్సీ (C) ని సమర్థించడానికి రూపొందించబడ్డాయి, నెట్‌వర్క్ విభజనల సమయంలో లభ్యత (A) ఖర్చుతో. ఆర్థిక లెడ్జర్‌లు లేదా కాన్ఫిగరేషన్ మేనేజ్‌మెంట్ సేవలు వంటి డేటా సమగ్రత అత్యంత కీలకమైన సిస్టమ్‌లను రూపొందించేటప్పుడు ఈ మార్పిడి చాలా ముఖ్యమైనది.

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్స్‌లో ఫాల్ట్ మోడల్స్

ఒక సిస్టమ్ ఎదుర్కోగల లోపాల రకాలను అర్థం చేసుకోవడం సమర్థవంతమైన ఏకాభిప్రాయ యంత్రాంగాలను రూపొందించడానికి కీలకమైనది:

• క్రాష్ ఫాల్ట్స్ (Fail-Stop): ఒక నోడ్ కేవలం పనిచేయడం ఆపివేస్తుంది. అది క్రాష్ అయ్యి తిరిగి ప్రారంభం కావచ్చు, కానీ అది తప్పు లేదా తప్పుదారి పట్టించే సందేశాలను పంపదు. ఇది అత్యంత సాధారణ మరియు నిర్వహించడానికి సులభమైన లోపం.
• క్రాష్-రికవరీ ఫాల్ట్స్: క్రాష్ లోపాల మాదిరిగానే, కానీ నోడ్‌లు క్రాష్ నుండి కోలుకుని సిస్టమ్‌లో తిరిగి చేరవచ్చు, సరిగ్గా నిర్వహించకపోతే నిలిచిపోయిన స్థితితో.
• ఒమిషన్ ఫాల్ట్స్: ఒక నోడ్ సందేశాలను పంపడంలో లేదా స్వీకరించడంలో విఫలమవుతుంది, లేదా సందేశాలను వదిలివేస్తుంది. ఇది నెట్‌వర్క్ సమస్యలు లేదా సాఫ్ట్‌వేర్ బగ్స్ కారణంగా కావచ్చు.
• బైజాంటైన్ ఫాల్ట్స్: అత్యంత తీవ్రమైన మరియు సంక్లిష్టమైనవి. నోడ్‌లు ఏకపక్షంగా ప్రవర్తించవచ్చు, హానికరమైన లేదా తప్పుదారి పట్టించే సందేశాలను పంపవచ్చు, ఇతర లోపభూయిష్ట నోడ్‌లతో కుమ్మక్కవ్వవచ్చు లేదా సిస్టమ్‌ను నాశనం చేయడానికి చురుకుగా ప్రయత్నించవచ్చు. ఈ లోపాలు సాధారణంగా బ్లాక్‌చెయిన్ లేదా సైనిక అనువర్తనాల వంటి అత్యంత సున్నితమైన వాతావరణాలలో పరిగణించబడతాయి.

FLP అసంభవత్వ ఫలితం

ఒక ప్రాథమిక సిద్ధాంత ఫలితం, FLP అసంభవత్వ సిద్ధాంతం (ఫిషర్, లించ్, పాటర్సన్, 1985), ఒక అసమకాలిక డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లో, కనీసం ఒక ప్రక్రియ క్రాష్ అయినా ఏకాభిప్రాయాన్ని హామీ ఇవ్వడం అసాధ్యం అని పేర్కొంది. ఈ సిద్ధాంతం ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధించడంలో అంతర్గత కష్టాన్ని హైలైట్ చేస్తుంది మరియు ఆచరణాత్మక అల్గారిథమ్‌లు నెట్‌వర్క్ సమకాలీకరణ (ఉదా., పరిమిత సమయంలో సందేశ డెలివరీ) గురించి ఎందుకు తరచుగా అంచనాలు వేస్తాయి లేదా అన్ని పరిస్థితులలో నిర్ణయాత్మకంగా కాకుండా సంభావ్యతను పెంచడానికి రాండమైజేషన్ మరియు టైమ్‌అవుట్‌లపై ఎందుకు ఆధారపడతాయో నొక్కి చెబుతుంది. దీని అర్థం, ఒక సిస్టమ్‌ను చాలా అధిక సంభావ్యతతో ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధించేలా రూపొందించగలిగినప్పటికీ, పూర్తిగా అసమకాలిక, వైఫల్యానికి గురయ్యే వాతావరణంలో సంపూర్ణ ఖచ్చితత్వం సిద్ధాంతపరంగా అసాధ్యం.

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లలో ప్రధాన భావనలు

ఈ సవాళ్లు ఉన్నప్పటికీ, ఆచరణాత్మక ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు అనివార్యం. అవి సాధారణంగా కొన్ని ప్రధాన లక్షణాలకు కట్టుబడి ఉంటాయి:

• అగ్రిమెంట్ (Agreement): లోపం లేని అన్ని ప్రక్రియలు చివరికి ఒకే విలువపై అంగీకరిస్తాయి.
• వాలిడిటీ (Validity): ఒక విలువ v పై అంగీకరించినట్లయితే, v ఏదో ఒక ప్రక్రియ ద్వారా ప్రతిపాదించబడి ఉండాలి.
• టెర్మినేషన్ (Termination): లోపం లేని అన్ని ప్రక్రియలు చివరికి ఒక విలువను నిర్ణయిస్తాయి.
• ఇంటిగ్రిటీ (Integrity): ప్రతి లోపం లేని ప్రక్రియ గరిష్టంగా ఒక విలువను నిర్ణయిస్తుంది.

ఈ ప్రాథమిక లక్షణాలకు మించి, అనేక యంత్రాంగాలు సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి:

• లీడర్ ఎన్నిక (Leader Election): అనేక ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు విలువలను ప్రతిపాదించడానికి మరియు ఒప్పంద ప్రక్రియను నిర్వహించడానికి బాధ్యత వహించే 'లీడర్‌'ను నియమిస్తాయి. లీడర్ విఫలమైతే, కొత్త లీడర్‌ను ఎన్నుకోవాలి. ఇది సమన్వయాన్ని సులభతరం చేస్తుంది కానీ బలంగా నిర్వహించకపోతే సంభావ్య ఏకైక వైఫల్య బిందువును (ప్రతిపాదించడానికి, అంగీకరించడానికి కాదు) పరిచయం చేస్తుంది.
• కోరమ్‌లు (Quorums): ప్రతి నోడ్ అంగీకరించాల్సిన అవసరం లేకుండా, నోడ్‌ల 'కోరం' (మెజారిటీ లేదా నిర్దిష్ట ఉపసమితి) ఒక ప్రతిపాదనను గుర్తించినప్పుడు ఏకాభిప్రాయం తరచుగా సాధించబడుతుంది. కొన్ని నోడ్‌లు డౌన్ లేదా నెమ్మదిగా ఉన్నప్పటికీ సిస్టమ్ పురోగతి సాధించడానికి ఇది అనుమతిస్తుంది. ఏవైనా రెండు ఖండన కోరమ్‌లు ఎల్లప్పుడూ కనీసం ఒక సాధారణ నోడ్‌ను పంచుకునేలా చూసుకోవడానికి కోరం పరిమాణాలు జాగ్రత్తగా ఎంపిక చేయబడతాయి, తద్వారా విరుద్ధమైన నిర్ణయాలను నివారిస్తాయి.
• లాగ్ రెప్లికేషన్ (Log Replication): ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు తరచుగా బహుళ యంత్రాలలో ఆదేశాల క్రమాన్ని (ఒక లాగ్) ప్రతిరూపం చేయడం ద్వారా పనిచేస్తాయి. ప్రతి ఆదేశం, ఒకసారి ఏకాభిప్రాయం ద్వారా అంగీకరించబడిన తర్వాత, లాగ్‌కు జోడించబడుతుంది. ఈ లాగ్ అప్పుడు 'స్టేట్ మెషిన్'కు నిర్ణయాత్మక ఇన్‌పుట్‌గా పనిచేస్తుంది, అన్ని ప్రతిరూపాలు ఆదేశాలను ఒకే క్రమంలో ప్రాసెస్ చేస్తాయి మరియు ఒకే స్థితికి చేరుకునేలా చూస్తుంది.

ప్రసిద్ధ ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు మరియు వాటి అమలులు

ఏకాభిప్రాయం యొక్క సిద్ధాంతపరమైన ప్రకృతి దృశ్యం విశాలమైనప్పటికీ, ఆచరణాత్మక డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్స్‌లో కొన్ని అల్గారిథమ్‌లు ప్రముఖ పరిష్కారాలుగా ఉద్భవించాయి. ప్రతి ఒక్కటి సంక్లిష్టత, పనితీరు మరియు ఫాల్ట్ టాలరెన్స్ లక్షణాల యొక్క విభిన్న సమతుల్యతను అందిస్తుంది.

పాక్సోస్: డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఏకాభిప్రాయం యొక్క గాడ్‌ఫాదర్

1990లో లెస్లీ లాంపార్ట్ ద్వారా మొదట ప్రచురించబడింది (అయితే చాలా కాలం తర్వాత విస్తృతంగా అర్థం చేసుకోబడింది), పాక్సోస్ వివాదాస్పదంగా అత్యంత ప్రభావవంతమైన మరియు విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడిన ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్. క్రాష్‌కు గురయ్యే ప్రక్రియలతో అసమకాలిక నెట్‌వర్క్‌లో ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధించే సామర్థ్యానికి ఇది ప్రసిద్ధి చెందింది, చాలా ప్రక్రియలు పనిచేస్తున్నంత వరకు. అయితే, దాని అధికారిక వివరణ అర్థం చేసుకోవడం చాలా కష్టం, దీనికి "పాక్సోస్ సరళమైనది, మీరు అర్థం చేసుకున్న తర్వాత" అనే సామెత దారితీసింది.

పాక్సోస్ ఎలా పనిచేస్తుంది (సరళీకృత)

పాక్సోస్ మూడు రకాల పాల్గొనేవారిని నిర్వచిస్తుంది:

• ప్రతిపాదకులు (Proposers): అంగీకరించాల్సిన విలువను ప్రతిపాదిస్తారు.
• అంగీకరించేవారు (Acceptors): ప్రతిపాదిత విలువలపై ఓటు వేస్తారు. వారు చూసిన అత్యధిక ప్రతిపాదన సంఖ్యను మరియు వారు అంగీకరించిన విలువను నిల్వ చేస్తారు.
• నేర్చుకునేవారు (Learners): ఏ విలువ ఎంపిక చేయబడిందో కనుగొంటారు.

అల్గారిథమ్ రెండు ప్రధాన దశలలో కొనసాగుతుంది:

1. దశ 1 (సిద్ధం చేయండి - Prepare):
   • 1a (సిద్ధం చేయండి): ఒక ప్రతిపాదకుడు కొత్త, ప్రపంచవ్యాప్తంగా ప్రత్యేకమైన ప్రతిపాదన సంఖ్య n తో 'Prepare' సందేశాన్ని ఎక్కువ మంది అంగీకరించేవారికి పంపుతాడు.
   • 1b (హామీ - Promise): ఒక అంగీకరించేవాడు, Prepare సందేశం (n) అందుకున్న తర్వాత, n కంటే తక్కువ సంఖ్య ఉన్న ఏ భవిష్యత్ ప్రతిపాదనలను విస్మరించడానికి 'Promise' తో ప్రతిస్పందిస్తాడు. ఇది ఇప్పటికే మునుపటి ప్రతిపాదన కోసం ఒక విలువను అంగీకరించినట్లయితే, అది అత్యధిక సంఖ్యతో అంగీకరించబడిన విలువ (v_accepted) మరియు దాని ప్రతిపాదన సంఖ్య (n_accepted) ను దాని ప్రతిస్పందనలో చేర్చుతుంది.
2. దశ 2 (అంగీకరించండి - Accept):
   • 2a (అంగీకరించండి): ప్రతిపాదకుడు ఎక్కువ మంది అంగీకరించేవారి నుండి Promises అందుకుంటే, అది దాని ప్రతిపాదన కోసం ఒక విలువ v ను ఎంచుకుంటుంది. ఏదైనా అంగీకరించేవాడు ఇంతకు ముందు అంగీకరించబడిన విలువ v_accepted ను నివేదించినట్లయితే, ప్రతిపాదకుడు అత్యధిక n_accepted తో అనుబంధించబడిన విలువను ఎంచుకోవాలి. లేకపోతే, అది దాని స్వంత విలువను ప్రతిపాదించవచ్చు. అది అప్పుడు ప్రతిపాదన సంఖ్య n మరియు ఎంచుకున్న విలువ v ను కలిగి ఉన్న 'Accept' సందేశాన్ని అదే ఎక్కువ మంది అంగీకరించేవారికి పంపుతుంది.
   • 2b (అంగీకరించబడింది - Accepted): ఒక అంగీకరించేవాడు, Accept సందేశం (n, v) అందుకున్న తర్వాత, n కంటే తక్కువ సంఖ్య ఉన్న ప్రతిపాదనలను విస్మరించడానికి హామీ ఇవ్వకపోతే విలువ v ను అంగీకరిస్తాడు. అది అప్పుడు నేర్చుకునేవారికి అంగీకరించబడిన విలువను తెలియజేస్తుంది.

పాక్సోస్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు

• ప్రయోజనాలు: అత్యంత ఫాల్ట్-టాలరెంట్ (2f+1 నోడ్‌లలో f క్రాష్ వైఫల్యాలను తట్టుకోగలదు). నెట్‌వర్క్ విభజనల సమయంలో కూడా భద్రతకు హామీ ఇస్తుంది (తప్పుగా ఎప్పుడూ నిర్ణయించదు). స్థిరమైన లీడర్ లేకుండా పురోగతి సాధించగలదు (అయితే లీడర్ ఎన్నిక దానిని సరళీకృతం చేస్తుంది).
• అప్రయోజనాలు: సరిగ్గా అర్థం చేసుకోవడం మరియు అమలు చేయడం చాలా సంక్లిష్టం. నిర్దిష్ట ఆప్టిమైజేషన్లు లేకుండా (ఉదా., మల్టీ-పాక్సోస్‌లో ప్రత్యేక లీడర్‌ను ఉపయోగించడం వంటివి) లైవ్‌నెస్ సమస్యల నుండి (ఉదా., పదేపదే లీడర్ ఎన్నికలు, ఆకలికి దారితీస్తుంది) బాధపడవచ్చు.

ఆచరణాత్మక అమలులు మరియు వేరియంట్లు

దాని సంక్లిష్టత కారణంగా, స్వచ్ఛమైన పాక్సోస్ అరుదుగా నేరుగా అమలు చేయబడుతుంది. బదులుగా, సిస్టమ్‌లు తరచుగా మల్టీ-పాక్సోస్ వంటి వేరియంట్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, ఇది స్థిరమైన లీడర్ అనేక విలువలను క్రమబద్ధంగా ప్రతిపాదించడం ద్వారా అనేక రౌండ్ల ఏకాభిప్రాయం అంతటా లీడర్ ఎన్నికల ఓవర్‌హెడ్‌ను తగ్గిస్తుంది. పాక్సోస్ (లేదా దాని ఉత్పన్నాలు) ద్వారా ప్రభావితమైన లేదా నేరుగా ఉపయోగించే సిస్టమ్‌ల ఉదాహరణలు Google యొక్క చబ్బీ లాక్ సేవ, అపాచే జూకీపర్ (ZAB, పాక్సోస్-వంటి అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగించి) మరియు వివిధ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ డేటాబేస్ సిస్టమ్‌లను కలిగి ఉంటాయి.

రాఫ్ట్: అర్థం చేసుకోవడానికి ఏకాభిప్రాయం

రాఫ్ట్ స్టాన్‌ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలో డియాగో ఒంగారో మరియు జాన్ ఔస్టర్‌హౌట్ ద్వారా 'అర్థం చేసుకోవడానికి వీలైనది' అనే స్పష్టమైన లక్ష్యంతో అభివృద్ధి చేయబడింది. పాక్సోస్ ఏకాభిప్రాయం కోసం సిద్ధాంతపరమైన కనిష్ఠంపై దృష్టి సారించగా, రాఫ్ట్ మరింత నిర్మాణాత్మక మరియు సహజమైన విధానానికి ప్రాధాన్యత ఇస్తుంది, దీనివల్ల అమలు చేయడం మరియు దాని గురించి ఆలోచించడం చాలా సులభం అవుతుంది.

రాఫ్ట్ ఎలా పనిచేస్తుంది

రాఫ్ట్ దాని నోడ్‌ల కోసం స్పష్టమైన పాత్రలను మరియు సరళమైన స్థితి మార్పులను నిర్వచించడం ద్వారా పనిచేస్తుంది:

• లీడర్ (Leader): అన్ని క్లయింట్ అభ్యర్థనలను నిర్వహించడానికి, లాగ్ ఎంట్రీలను ప్రతిపాదించడానికి మరియు వాటిని అనుచరులకు ప్రతిరూపం చేయడానికి బాధ్యత వహించే ప్రాథమిక నోడ్. ఒకేసారి ఒక లీడర్ మాత్రమే ఉంటాడు.
• అనుచరుడు (Follower): లీడర్ నుండి అభ్యర్థనలకు ప్రతిస్పందించే మరియు అభ్యర్థులకు ఓటు వేసే పాసివ్ నోడ్‌లు.
• అభ్యర్థి (Candidate): లీడర్ విఫలమయ్యాడని నమ్మినప్పుడు ఒక అనుచరుడు మారే స్థితి, కొత్త లీడర్ ఎన్నికను ప్రారంభిస్తుంది.

రాఫ్ట్ రెండు కీలక యంత్రాంగాల ద్వారా ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధిస్తుంది:

1. లీడర్ ఎన్నిక (Leader Election): ఒక అనుచరుడు ఒక నిర్దిష్ట సమయం తర్వాత లీడర్ నుండి విననప్పుడు, అది అభ్యర్థిగా మారుతుంది. ఇది దాని ప్రస్తుత పదాన్ని (ఒక తార్కిక గడియారం) పెంచుకుంటుంది మరియు తనకే ఓటు వేస్తుంది. అది అప్పుడు ఇతర నోడ్‌లకు 'RequestVote' RPC లను పంపుతుంది. అది మెజారిటీ నుండి ఓట్లు అందుకుంటే, అది కొత్త లీడర్‌గా మారుతుంది. మరొక నోడ్ లీడర్‌గా మారితే లేదా ఓట్లు విభజించబడితే, కొత్త ఎన్నికల కాలం ప్రారంభమవుతుంది.
2. లాగ్ రెప్లికేషన్ (Log Replication): ఒకసారి లీడర్ ఎన్నికైన తర్వాత, అది క్లయింట్ ఆదేశాలను అందుకుంటుంది మరియు వాటిని దాని స్థానిక లాగ్‌కు జోడిస్తుంది. అది అప్పుడు ఈ ఎంట్రీలను ప్రతిరూపం చేయడానికి అన్ని అనుచరులకు 'AppendEntries' RPC లను పంపుతుంది. ఒక లాగ్ ఎంట్రీ లీడర్ దానిని తన అనుచరులలో మెజారిటీకి ప్రతిరూపం చేసిన తర్వాత కట్టుబడి ఉంటుంది. కట్టుబడి ఉన్న ఎంట్రీలు మాత్రమే స్టేట్ మెషిన్‌కు వర్తింపజేయబడతాయి.

రాఫ్ట్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు

• ప్రయోజనాలు: పాక్సోస్ కంటే అర్థం చేసుకోవడం మరియు అమలు చేయడం చాలా సులభం. బలమైన లీడర్ మోడల్ క్లయింట్ పరస్పర చర్య మరియు లాగ్ నిర్వహణను సరళీకృతం చేస్తుంది. క్రాష్ వైఫల్యాల కింద భద్రత మరియు లైవ్‌నెస్‌కు హామీ ఇస్తుంది.
• అప్రయోజనాలు: బలమైన లీడర్ రైట్-హెవీ వర్క్‌లోడ్‌లకు అడ్డంకిగా మారవచ్చు (అయితే ఇది అనేక ఉపయోగ సందర్భాలకు ఆమోదయోగ్యం). పురోగతి కోసం స్థిరమైన లీడర్ అవసరం, ఇది తరచుగా నెట్‌వర్క్ విభజనలు లేదా లీడర్ వైఫల్యాల ద్వారా ప్రభావితం కావచ్చు.

రాఫ్ట్ యొక్క ఆచరణాత్మక అమలులు

అర్థం చేసుకోవడానికి రాఫ్ట్ యొక్క రూపకల్పన దాని విస్తృత స్వీకరణకు దారితీసింది. ప్రముఖ ఉదాహరణలు:

• etcd: కుబెర్నెటెస్ క్లస్టర్ సమన్వయం మరియు స్థితి నిర్వహణ కోసం ఉపయోగించే ఒక డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ కీ-విలువ స్టోర్.
• Consul: సేవ కనుగొనడం మరియు కాన్ఫిగరేషన్ కోసం దాని అత్యంత అందుబాటులో ఉన్న మరియు స్థిరమైన డేటా స్టోర్ కోసం రాఫ్ట్‌ను ఉపయోగించే సేవ మెష్ పరిష్కారం.
• cockroachDB: దాని అంతర్లీన నిల్వ మరియు ప్రతిరూపం కోసం రాఫ్ట్-ఆధారిత విధానాన్ని ఉపయోగించే ఒక డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ SQL డేటాబేస్.
• HashiCorp Nomad: దాని ఏజెంట్లను సమన్వయం చేయడానికి రాఫ్ట్‌ను ఉపయోగించే ఒక వర్క్‌లోడ్ ఆర్కెస్ట్రేటర్.

ZAB (జూకీపర్ అటామిక్ బ్రాడ్‌కాస్ట్)

ZAB అనేది అపాచే జూకీపర్ యొక్క గుండెలో ఉన్న ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్, ఇది విస్తృతంగా ఉపయోగించబడే డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సమన్వయ సేవ. పాక్సోస్‌తో తరచుగా పోల్చినప్పటికీ, ZAB ప్రత్యేకంగా జూకీపర్ యొక్క అవసరాల కోసం రూపొందించబడింది, స్థితి మార్పుల కోసం ఆర్డర్ చేయబడిన, నమ్మదగిన ప్రసారాన్ని అందించడానికి మరియు లీడర్ ఎన్నికను నిర్వహించడానికి.

ZAB ఎలా పనిచేస్తుంది

ZAB అన్ని జూకీపర్ ప్రతిరూపాల స్థితిని సమకాలీకరించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. ఇది అనేక దశల ద్వారా దీన్ని సాధిస్తుంది:

1. లీడర్ ఎన్నిక (Leader Election): జూకీపర్ ఒక అటామిక్ బ్రాడ్‌కాస్ట్ ప్రోటోకాల్ యొక్క వైవిధ్యాన్ని ఉపయోగిస్తుంది (ఇది లీడర్ ఎన్నికను కలిగి ఉంటుంది), ఒకే లీడర్ ఎల్లప్పుడూ చురుకుగా ఉండేలా చూసుకోవడానికి. ప్రస్తుత లీడర్ విఫలమైనప్పుడు, ఎన్నికల ప్రక్రియ ప్రారంభమవుతుంది, ఇక్కడ నోడ్‌లు కొత్త లీడర్ కోసం ఓటు వేస్తాయి, సాధారణంగా అత్యంత నవీకరించబడిన లాగ్ ఉన్న నోడ్.
2. డిస్కవరీ (Discovery): ఒకసారి లీడర్ ఎన్నికైన తర్వాత, అది దాని అనుచరుల నుండి అత్యంత ఇటీవలి స్థితిని గుర్తించడానికి డిస్కవరీ దశను ప్రారంభిస్తుంది. అనుచరులు తమ అత్యధిక లాగ్ ID లను లీడర్‌కు పంపుతారు.
3. సమకాలీకరణ (Synchronization): లీడర్ అప్పుడు దాని స్థితిని అనుచరులతో సమకాలీకరిస్తుంది, వాటిని నవీకరించడానికి ఏదైనా తప్పిపోయిన లావాదేవీలను పంపుతుంది.
4. బ్రాడ్‌కాస్ట్ (Broadcast): సమకాలీకరణ తర్వాత, సిస్టమ్ బ్రాడ్‌కాస్ట్ దశలోకి ప్రవేశిస్తుంది. లీడర్ కొత్త లావాదేవీలను (క్లయింట్ రైట్స్) ప్రతిపాదిస్తుంది, మరియు ఈ ప్రతిపాదనలు అనుచరులకు ప్రసారం చేయబడతాయి. ఒకసారి ఎక్కువ మంది అనుచరులు ప్రతిపాదనను గుర్తించిన తర్వాత, లీడర్ దానిని కట్టుబడి మరియు కమిట్ సందేశాన్ని ప్రసారం చేస్తుంది. అనుచరులు అప్పుడు కట్టుబడి ఉన్న లావాదేవీని తమ స్థానిక స్థితికి వర్తింపజేస్తారు.

ZAB యొక్క ముఖ్య లక్షణాలు

• మొత్తం ఆర్డర్ బ్రాడ్‌కాస్ట్‌పై దృష్టి సారించి, అన్ని ప్రతిరూపాలలో అన్ని నవీకరణలు ఒకే క్రమంలో ప్రాసెస్ చేయబడతాయని నిర్ధారిస్తుంది.
• అధిక త్రూపుట్‌ను నిర్వహించడానికి లీడర్ స్థిరత్వంపై బలమైన ప్రాధాన్యత.
• లీడర్ ఎన్నిక మరియు స్థితి సమకాలీకరణను ప్రధాన భాగాలుగా సమగ్రపరుస్తుంది.

ZAB యొక్క ఆచరణాత్మక ఉపయోగం

అపాచే జూకీపర్ అపాచే కాఫ్కా, హడూప్, హెచ్‌బేస్ మరియు సోలర్ వంటి అనేక ఇతర డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లకు ప్రాథమిక సేవను అందిస్తుంది, డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ కాన్ఫిగరేషన్, లీడర్ ఎన్నిక మరియు నామకరణం వంటి సేవలను అందిస్తుంది. దాని విశ్వసనీయత బలంగా ZAB ప్రోటోకాల్ నుండి నేరుగా ఉత్పన్నమవుతుంది.

బైజాంటైన్ ఫాల్ట్ టాలరెన్స్ (BFT) అల్గారిథమ్‌లు

పాక్సోస్, రాఫ్ట్ మరియు ZAB ప్రధానంగా క్రాష్ లోపాలను నిర్వహించినప్పటికీ, కొన్ని వాతావరణాలకు బైజాంటైన్ లోపాలకు వ్యతిరేకంగా స్థితిస్థాపకత అవసరం, ఇక్కడ నోడ్‌లు హానికరంగా లేదా ఏకపక్షంగా ప్రవర్తించవచ్చు. ఇది పబ్లిక్ బ్లాక్‌చెయిన్‌లు లేదా అత్యంత సున్నితమైన ప్రభుత్వ/సైనిక వ్యవస్థల వంటి నమ్మకం లేని వాతావరణాలలో ప్రత్యేకంగా సంబంధితమైనది.

ఆచరణాత్మక బైజాంటైన్ ఫాల్ట్ టాలరెన్స్ (PBFT)

1999లో కాస్ట్రో మరియు లిస్కోవ్ ద్వారా ప్రతిపాదించబడిన PBFT, అత్యంత ప్రసిద్ధ మరియు ఆచరణాత్మక BFT అల్గారిథమ్‌లలో ఒకటి. ఇది డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌ను దాని నోడ్‌లలో మూడింట ఒక వంతు బైజాంటైన్ (హానికరమైన లేదా లోపభూయిష్ట) అయినప్పటికీ ఏకాభిప్రాయానికి చేరుకోవడానికి అనుమతిస్తుంది.

PBFT ఎలా పనిచేస్తుంది (సరళీకృత)

PBFT అనేక వీక్షణలలో పనిచేస్తుంది, ప్రతి దానిలో ఒక నియమించబడిన ప్రాథమిక (లీడర్) ఉంటుంది. ప్రాథమిక విఫలమైనప్పుడు లేదా లోపభూయిష్టంగా ఉన్నట్లు అనుమానించబడినప్పుడు, కొత్త ప్రాథమికాన్ని ఎన్నుకోవడానికి వీక్షణ మార్పు ప్రోటోకాల్ ప్రారంభించబడుతుంది.

క్లయింట్ అభ్యర్థన కోసం సాధారణ ఆపరేషన్ అనేక దశలను కలిగి ఉంటుంది:

1. క్లయింట్ అభ్యర్థన (Client Request): ఒక క్లయింట్ ప్రాథమిక నోడ్‌కు అభ్యర్థనను పంపుతుంది.
2. ప్రీ-ప్రిపేర్ (Pre-Prepare): ప్రాథమిక అభ్యర్థనకు ఒక సీక్వెన్స్ సంఖ్యను కేటాయిస్తుంది మరియు 'Pre-Prepare' సందేశాన్ని అన్ని బ్యాకప్ (అనుచరుడు) నోడ్‌లకు మల్టీకాస్ట్ చేస్తుంది. ఇది అభ్యర్థన కోసం ఒక ప్రారంభ క్రమాన్ని స్థాపిస్తుంది.
3. ప్రిపేర్ (Prepare): ప్రీ-ప్రిపేర్ సందేశాన్ని అందుకున్న తర్వాత, బ్యాకప్‌లు దాని ప్రామాణికతను ధృవీకరిస్తాయి మరియు అప్పుడు ప్రాథమికతో సహా అన్ని ఇతర ప్రతిరూపాలకు 'Prepare' సందేశాన్ని మల్టీకాస్ట్ చేస్తాయి. ఈ దశ లోపం లేని అన్ని ప్రతిరూపాలు అభ్యర్థనల క్రమంపై అంగీకరిస్తాయని నిర్ధారిస్తుంది.
4. కమిట్ (Commit): ఒకసారి ఒక ప్రతిరూపం ఒక నిర్దిష్ట అభ్యర్థన కోసం 2f+1 Prepare సందేశాలను (దాని స్వంతంతో సహా) అందుకున్న తర్వాత (ఇక్కడ f లోపభూయిష్ట నోడ్‌ల గరిష్ట సంఖ్య), అది 'Commit' సందేశాన్ని అన్ని ఇతర ప్రతిరూపాలకు మల్టీకాస్ట్ చేస్తుంది. ఈ దశ అభ్యర్థన కట్టుబడి ఉంటుందని నిర్ధారిస్తుంది.
5. ప్రత్యుత్తరం (Reply): 2f+1 Commit సందేశాలను అందుకున్న తర్వాత, ఒక ప్రతిరూపం క్లయింట్ అభ్యర్థనను అమలు చేస్తుంది మరియు 'Reply' ను క్లయింట్‌కు తిరిగి పంపుతుంది. ఆపరేషన్ విజయవంతమైందని పరిగణించే ముందు క్లయింట్ f+1 ఒకే రకమైన ప్రత్యుత్తరాల కోసం వేచి ఉంటుంది.

PBFT యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు

• ప్రయోజనాలు: బైజాంటైన్ లోపాలను తట్టుకుంటుంది, హానికరమైన పాల్గొనేవారితో కూడా బలమైన భద్రతా హామీలను నిర్ధారిస్తుంది. నిర్ణయాత్మక ఏకాభిప్రాయం (సంభావ్య తుది నిర్ణయం లేదు).
• అప్రయోజనాలు: ముఖ్యమైన కమ్యూనికేషన్ ఓవర్‌హెడ్ (ప్రతి ఏకాభిప్రాయ రౌండ్‌కు O(n^2) సందేశాలు అవసరం, ఇక్కడ n ప్రతిరూపాల సంఖ్య), స్కేలబిలిటీని పరిమితం చేస్తుంది. అధిక లేటెన్సీ. సంక్లిష్ట అమలు.

PBFT యొక్క ఆచరణాత్మక అమలులు

దాని ఓవర్‌హెడ్ కారణంగా ప్రధాన స్రవంతి ఇన్‌ఫ్రాస్ట్రక్చర్‌లో తక్కువ సాధారణం అయినప్పటికీ, PBFT మరియు దాని ఉత్పన్నాలు నమ్మకాన్ని ఊహించలేని వాతావరణాలలో కీలకమైనవి:

• హైపర్‌లెడ్జర్ ఫ్యాబ్రిక్: లావాదేవీల క్రమబద్ధీకరణ మరియు తుది నిర్ణయం కోసం PBFT యొక్క ఒక రూపాన్ని (లేదా మాడ్యులర్ ఏకాభిప్రాయ సేవను) ఉపయోగించే ఒక అనుమతించబడిన బ్లాక్‌చెయిన్ ప్లాట్‌ఫారమ్.
• వివిధ బ్లాక్‌చెయిన్ ప్రాజెక్ట్‌లు: అనేక ఎంటర్‌ప్రైజ్ బ్లాక్‌చెయిన్ మరియు అనుమతించబడిన డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ లెడ్జర్ టెక్నాలజీలు (DLT లు) తెలిసిన, కానీ సంభావ్యంగా నమ్మదగని, పాల్గొనేవారి మధ్య ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధించడానికి BFT అల్గారిథమ్‌లు లేదా వైవిధ్యాలను ఉపయోగిస్తాయి.

ఏకాభిప్రాయాన్ని అమలు చేయడం: ఆచరణాత్మక పరిశీలనలు

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌ను ఎంచుకోవడం మరియు అమలు చేయడం ఒక ముఖ్యమైన పని. విజయవంతమైన విస్తరణ కోసం అనేక ఆచరణాత్మక కారకాలను జాగ్రత్తగా పరిగణించాలి.

సరైన అల్గారిథమ్‌ను ఎంచుకోవడం

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్ ఎంపిక మీ సిస్టమ్ యొక్క నిర్దిష్ట అవసరాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది:

• ఫాల్ట్ టాలరెన్స్ అవసరాలు: మీరు క్రాష్ లోపాలను మాత్రమే తట్టుకోవాలా, లేదా బైజాంటైన్ వైఫల్యాలను కూడా పరిగణించాలా? చాలా ఎంటర్‌ప్రైజ్ అప్లికేషన్‌లకు, రాఫ్ట్ లేదా పాక్సోస్ వంటి క్రాష్-ఫాల్ట్ టాలరెంట్ అల్గారిథమ్‌లు సరిపోతాయి మరియు మరింత పనితీరును అందిస్తాయి. అత్యంత ప్రతికూల లేదా నమ్మకం లేని వాతావరణాలలో (ఉదా., పబ్లిక్ బ్లాక్‌చెయిన్‌లు), BFT అల్గారిథమ్‌లు అవసరం.
• పనితీరు వర్సెస్ కన్సిస్టెన్సీ మార్పిడి: అధిక కన్సిస్టెన్సీ తరచుగా అధిక లేటెన్సీ మరియు తక్కువ త్రూపుట్‌తో వస్తుంది. తుది కన్సిస్టెన్సీ వర్సెస్ బలమైన కన్సిస్టెన్సీ కోసం మీ అప్లికేషన్ యొక్క సహనాన్ని అర్థం చేసుకోండి. రాఫ్ట్ అనేక అప్లికేషన్‌లకు మంచి సమతుల్యతను అందిస్తుంది.
• అమలు మరియు నిర్వహణ సులభం: రాఫ్ట్ యొక్క సరళత కొత్త అమలులకు ఒక ప్రసిద్ధ ఎంపికగా చేస్తుంది. పాక్సోస్, శక్తివంతమైనది అయినప్పటికీ, సరిగ్గా అమలు చేయడం చాలా కష్టం. మీ ఇంజనీరింగ్ బృందం యొక్క నైపుణ్యం మరియు దీర్ఘకాలిక నిర్వహణ సామర్థ్యాన్ని పరిగణించండి.
• స్కేలబిలిటీ అవసరాలు: మీ క్లస్టర్‌లో ఎన్ని నోడ్‌లు ఉంటాయి? అవి భౌగోళికంగా ఎంత విస్తరించి ఉంటాయి? O(n^2) కమ్యూనికేషన్ సంక్లిష్టత కలిగిన అల్గారిథమ్‌లు (PBFT వంటివి) వందలు లేదా వేల నోడ్‌లకు స్కేల్ చేయలేవు, అయితే లీడర్-ఆధారిత అల్గారిథమ్‌లు పెద్ద క్లస్టర్‌లను మరింత సమర్థవంతంగా నిర్వహించగలవు.

నెట్‌వర్క్ విశ్వసనీయత మరియు టైమ్‌అవుట్‌లు

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు నెట్‌వర్క్ పరిస్థితులకు అత్యంత సున్నితమైనవి. అమలులు బలంగా నిర్వహించాలి:

• నెట్‌వర్క్ లేటెన్సీ: ఆలస్యం ఏకాభిప్రాయ రౌండ్‌లను నెమ్మదిస్తుంది, ముఖ్యంగా బహుళ రౌండ్ల కమ్యూనికేషన్ అవసరమయ్యే అల్గారిథమ్‌ల కోసం.
• ప్యాకెట్ లాస్: సందేశాలు పడిపోవచ్చు. నమ్మదగిన సందేశ డెలివరీని నిర్ధారించడానికి అల్గారిథమ్‌లు రీట్రైలు మరియు అంగీకారాలను ఉపయోగించాలి.
• నెట్‌వర్క్ విభజనలు: సిస్టమ్ విభజనల నుండి గుర్తించి మరియు కోలుకోగలగాలి, విభజన సమయంలో కన్సిస్టెన్సీ కోసం లభ్యతను త్యాగం చేయవచ్చు.
• అడాప్టివ్ టైమ్‌అవుట్‌లు: స్థిరమైన టైమ్‌అవుట్‌లు సమస్యలను సృష్టించవచ్చు. డైనమిక్, అడాప్టివ్ టైమ్‌అవుట్‌లు (ఉదా., లీడర్ ఎన్నిక కోసం) మారుతున్న నెట్‌వర్క్ లోడ్‌లు మరియు పరిస్థితులలో సిస్టమ్‌లు మెరుగ్గా పనిచేయడానికి సహాయపడతాయి.

స్టేట్ మెషిన్ రెప్లికేషన్ (SMR)

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు తరచుగా స్టేట్ మెషిన్ రెప్లికేషన్ (SMR) ను అమలు చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. SMR లో, ఒక సేవ యొక్క అన్ని ప్రతిరూపాలు ఒకే ప్రారంభ స్థితిలో ప్రారంభమవుతాయి మరియు ఒకే క్రమంలో క్లయింట్ ఆదేశాల యొక్క ఒకే క్రమాన్ని ప్రాసెస్ చేస్తాయి. ఆదేశాలు నిర్ణయాత్మకమైనవి అయితే, అన్ని ప్రతిరూపాలు ఒకే క్రమంలోని స్థితుల ద్వారా మారతాయి, కన్సిస్టెన్సీని నిర్ధారిస్తాయి. స్టేట్ మెషిన్‌కు వర్తింపజేయబడే ఆదేశాల మొత్తం క్రమంపై అంగీకరించడమే ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్ యొక్క పాత్ర. ఈ విధానం ప్రతిరూప డేటాబేస్‌లు, డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ లాక్‌లు మరియు కాన్ఫిగరేషన్ సేవలు వంటి ఫాల్ట్-టాలరెంట్ సేవలను నిర్మించడానికి ప్రాథమికమైనది.

పర్యవేక్షణ మరియు పరిశీలన

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లతో డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌ను ఆపరేట్ చేయడానికి విస్తృతమైన పర్యవేక్షణ అవసరం. ట్రాక్ చేయవలసిన కీలక కొలతలు:

• లీడర్ స్థితి: ప్రస్తుతం ఏ నోడ్ లీడర్? అది ఎంతకాలంగా లీడర్‌గా ఉంది?
• లాగ్ రెప్లికేషన్ పురోగతి: అనుచరులు లీడర్ లాగ్ వెనుకబడి ఉన్నారా? రెప్లికేషన్ లాగ్ ఎంత?
• ఏకాభిప్రాయ రౌండ్ లేటెన్సీ: కొత్త ఎంట్రీని కమిట్ చేయడానికి ఎంత సమయం పడుతుంది?
• నెట్‌వర్క్ లేటెన్సీ మరియు ప్యాకెట్ లాస్: అన్ని నోడ్‌ల మధ్య, ముఖ్యంగా లీడర్ మరియు అనుచరుల మధ్య.
• నోడ్ ఆరోగ్యం: పాల్గొనే వారందరి కోసం CPU, మెమరీ, డిస్క్ I/O.

ఈ కొలతల ఆధారంగా సమర్థవంతమైన హెచ్చరిక ఏకాభిప్రాయ వైఫల్యాల కారణంగా సేవా అంతరాయాలను నివారించడానికి, సమస్యలను త్వరగా గుర్తించడానికి మరియు పరిష్కరించడానికి కీలకమైనది.

భద్రతా ప్రభావాలు

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు అంగీకారాన్ని నిర్ధారించినప్పటికీ, అవి అంతర్గతంగా భద్రతను అందించవు. అమలులు పరిగణించాలి:

• అథెంటికేషన్: అధీకృత నోడ్‌లు మాత్రమే ఏకాభిప్రాయ ప్రక్రియలో పాల్గొనగలవని నిర్ధారించడం.
• అధీకరణ (Authorization): ప్రతి నోడ్ ఏ చర్యలను (ఉదా., విలువలను ప్రతిపాదించడం, ఓటు వేయడం) నిర్వహించడానికి అనుమతించబడుతుందో నిర్వచించడం.
• ఎన్‌క్రిప్షన్: గూఢచర్యం లేదా ట్యాంపరింగ్‌ను నిరోధించడానికి నోడ్‌ల మధ్య కమ్యూనికేషన్‌ను రక్షించడం.
• సమగ్రత (Integrity): ప్రయాణంలో సందేశాలు మార్చబడలేదని నిర్ధారించడానికి డిజిటల్ సంతకాలు లేదా సందేశ అథెంటికేషన్ కోడ్‌లను ఉపయోగించడం, ముఖ్యంగా BFT సిస్టమ్‌లకు ఇది కీలకం.

అధునాతన అంశాలు మరియు భవిష్యత్ పోకడలు

డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ ఏకాభిప్రాయ రంగం నిరంతరం అభివృద్ధి చెందుతోంది, కొనసాగుతున్న పరిశోధన మరియు కొత్త సవాళ్లు ఉద్భవిస్తున్నాయి.

డైనమిక్ సభ్యత్వం

అనేక ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు పాల్గొనే నోడ్‌ల యొక్క స్థిరమైన సమితిని ఊహిస్తాయి. అయితే, నిజ-ప్రపంచ సిస్టమ్‌లు తరచుగా డైనమిక్ సభ్యత్వ మార్పులను (నోడ్‌లను జోడించడం లేదా తీసివేయడం) స్కేల్ అప్ లేదా డౌన్ చేయడానికి, లేదా విఫలమైన హార్డ్‌వేర్‌ను భర్తీ చేయడానికి అవసరం. కన్సిస్టెన్సీని కొనసాగిస్తూ క్లస్టర్ సభ్యత్వాన్ని సురక్షితంగా మార్చడం ఒక సంక్లిష్ట సమస్య, మరియు రాఫ్ట్ వంటి అల్గారిథమ్‌లు దీని కోసం చక్కగా నిర్వచించబడిన, బహుళ-దశల ప్రోటోకాల్‌లను కలిగి ఉన్నాయి.

భౌగోళికంగా డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ విస్తరణలు (WAN లేటెన్సీ)

భౌగోళికంగా విస్తరించి ఉన్న డేటా సెంటర్‌లలో ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లను విస్తరించడం ముఖ్యమైన వైడ్ ఏరియా నెట్‌వర్క్ (WAN) లేటెన్సీని పరిచయం చేస్తుంది, ఇది పనితీరును తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. WAN కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన పాక్సోస్ లేదా రాఫ్ట్ వేరియంట్‌లు (ఉదా., వేగవంతమైన రీడ్‌ల కోసం స్థానిక ప్రాంతాలలో చిన్న కోరమ్‌లను ఉపయోగించడం, లేదా లీడర్‌లను జాగ్రత్తగా ఉంచడం) వంటి వ్యూహాలు అన్వేషించబడుతున్నాయి. బహుళ-ప్రాంత విస్తరణలు తరచుగా గ్లోబల్ కన్సిస్టెన్సీ మరియు స్థానిక పనితీరు మధ్య మార్పిడిని కలిగి ఉంటాయి.

బ్లాక్‌చెయిన్ ఏకాభిప్రాయ యంత్రాంగాలు

బ్లాక్‌చెయిన్ సాంకేతికత పెరుగుదల ఏకాభిప్రాయంలో పునరుద్ధరించబడిన ఆసక్తిని మరియు ఆవిష్కరణను రేకెత్తించింది. పబ్లిక్ బ్లాక్‌చెయిన్‌లు ఒక ప్రత్యేకమైన సవాలును ఎదుర్కొంటాయి: కేంద్ర అధికార సంస్థ లేకుండా, పెద్ద, డైనమిక్ మరియు సంభావ్యంగా ప్రతికూలమైన తెలియని పాల్గొనేవారి సమితి మధ్య ఏకాభిప్రాయాన్ని సాధించడం. ఇది కొత్త ఏకాభిప్రాయ యంత్రాంగాల అభివృద్ధికి దారితీసింది:

• ప్రూఫ్-ఆఫ్-వర్క్ (PoW): (ఉదా., బిట్‌కాయిన్, 'ది మెర్జ్' ముందు ఎథెరియం) లెడ్జర్‌ను భద్రపరచడానికి కంప్యూటేషనల్ పజిల్-పరిష్కారంపై ఆధారపడుతుంది, దురుద్దేశపూర్వక నటులకు చరిత్రను తిరిగి వ్రాయడం ఖరీదైనదిగా చేస్తుంది.
• ప్రూఫ్-ఆఫ్-స్టేక్ (PoS): (ఉదా., 'ది మెర్జ్' తర్వాత ఎథెరియం, సోలానా, కార్డనో) ధృవీకరణకర్తలు తాము 'స్టేక్' చేసిన క్రిప్టోకరెన్సీ మొత్తం ఆధారంగా ఎంపిక చేయబడతారు, నిజాయితీగల ప్రవర్తనను ప్రోత్సహిస్తారు.
• డెలిగేటెడ్ ప్రూఫ్-ఆఫ్-స్టేక్ (DPoS): (ఉదా., EOS, TRON) వాటాదారులు లావాదేవీలను ధృవీకరించడానికి పరిమిత సంఖ్యలో ప్రతినిధులను ఎన్నుకుంటారు.
• డైరెక్టెడ్ అసిక్లిక్ గ్రాఫ్‌లు (DAG లు): (ఉదా., IOTA, ఫాంటమ్) ఒక విభిన్న డేటా నిర్మాణం లావాదేవీల సమాంతర ప్రాసెసింగ్‌ను అనుమతిస్తుంది, సాంప్రదాయ బ్లాక్-ఆధారిత ఏకాభిప్రాయం లేకుండా అధిక త్రూపుట్‌ను అందించే అవకాశం ఉంది.

ఈ అల్గారిథమ్‌లు తరచుగా విభిన్న లక్షణాలకు (ఉదా., సెన్సార్‌షిప్ రెసిస్టెన్స్, వికేంద్రీకరణ, తుది నిర్ణయం) ప్రాధాన్యత ఇస్తాయి, ఇవి సాధారణంగా నమ్మకమైన, పరిమిత నోడ్‌ల సమితిలో బలమైన కన్సిస్టెన్సీ మరియు అధిక లభ్యతపై దృష్టి సారించే సాంప్రదాయ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్ ఏకాభిప్రాయం నుండి వేరుగా ఉంటాయి.

ఆప్టిమైజేషన్లు మరియు వేరియంట్లు

కొనసాగుతున్న పరిశోధన ఇప్పటికే ఉన్న అల్గారిథమ్‌లను మెరుగుపరచడం మరియు కొత్త వాటిని ప్రతిపాదించడం కొనసాగిస్తుంది. ఉదాహరణలు:

• ఫాస్ట్ పాక్సోస్: సాధారణ పరిస్థితులలో ఒకే రౌండ్ కమ్యూనికేషన్‌లో విలువలను ఎంచుకోవడానికి అనుమతించడం ద్వారా లేటెన్సీని తగ్గించడానికి రూపొందించబడిన ఒక వేరియంట్.
• ఈగాలిటేరియన్ పాక్సోస్: కొన్ని సందర్భాలలో సమన్వయం లేకుండా బహుళ లీడర్‌లు లేదా ప్రతిపాదకులు ఏకకాలంలో పనిచేయడానికి అనుమతించడం ద్వారా త్రూపుట్‌ను మెరుగుపరచడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది.
• జనరలైజ్డ్ పాక్సోస్: విలువల క్రమాలు మరియు ఏకపక్ష స్టేట్ మెషిన్ కార్యకలాపాలపై అంగీకారానికి అనుమతించడానికి పాక్సోస్‌ను విస్తరిస్తుంది.

ముగింపు

ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌లు నమ్మదగిన డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లు నిర్మించబడిన ఆధారాలు. భావనపరంగా సవాలుగా ఉన్నప్పటికీ, ఆధునిక సిస్టమ్ ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క సంక్లిష్టతలలోకి ప్రవేశించే ఏ వృత్తిపరమైన వ్యక్తికైనా వాటి నైపుణ్యం అవసరం. పాక్సోస్ యొక్క కఠినమైన భద్రతా హామీల నుండి రాఫ్ట్ యొక్క యూజర్-ఫ్రెండ్లీ డిజైన్ వరకు, మరియు PBFT యొక్క బలమైన ఫాల్ట్ టాలరెన్స్ వరకు, ప్రతి అల్గారిథమ్ అనిశ్చితిని ఎదుర్కొంటూ స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి ప్రత్యేకమైన మార్పిడిలను అందిస్తుంది.

ఈ అల్గారిథమ్‌లను అమలు చేయడం కేవలం విద్యాపరమైన వ్యాయామం కాదు; ఇది నెట్‌వర్క్‌లు మరియు హార్డ్‌వేర్ వైఫల్యాల యొక్క ఊహించలేని స్వభావాన్ని తట్టుకోగల సిస్టమ్‌లను ఇంజనీర్ చేయడం, ప్రపంచవ్యాప్తంగా వినియోగదారుల కోసం డేటా సమగ్రత మరియు నిరంతర ఆపరేషన్‌ను నిర్ధారించడం. క్లౌడ్ కంప్యూటింగ్, బ్లాక్‌చెయిన్ మరియు గ్లోబల్-స్కేల్ సేవల కోసం ఎప్పటికప్పుడు పెరుగుతున్న డిమాండ్ ద్వారా ప్రేరేపించబడి, డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సిస్టమ్‌లు అభివృద్ధి చెందుతూనే ఉన్నందున, ఏకాభిప్రాయ అల్గారిథమ్‌ల సూత్రాలు మరియు ఆచరణాత్మక అనువర్తనం బలమైన మరియు స్థితిస్థాపక సిస్టమ్ రూపకల్పనలో ముందంజలో ఉంటాయి. ఈ ప్రాథమిక నిర్మాణ బ్లాక్‌లను అర్థం చేసుకోవడం ఇంజనీర్లను మన అనుసంధానిత ప్రపంచానికి సేవ చేసే తదుపరి తరం అత్యంత అందుబాటులో ఉండే మరియు స్థిరమైన డిజిటల్ మౌలిక సదుపాయాలను రూపొందించడానికి శక్తినిస్తుంది.