序
本文主要研究一下SWIM Protocol
SWIM Protocol
SWIM的全稱是Scalable, Weakly-Consistent, Infection-Style, Processes Group Membership Protocol
heartbeats
傳統的諸如heartbeats這種membership protocols，每個node週期性地向網路中的所有其他節點傳送heartbeat來表示自己是alive的，如果peer超過指定interval沒有收到node的heartbeart則該node被認定為dead。這種方式適用於小型網路，其傳送的heartbeart數量為O(n^2)，當網路中有成千上萬的node時則會造成巨大的網路負擔；SWIM採用Infection-Style dissemination來解決這個問題
tasks
與傳統的heartbeats相比，SWIM將整個過程分為Failure Detection及Membership update Dissemination兩個task
Completeness與Accuracy
對於failure detection來，有幾個衡量標準：
- Completeness
是否每個failed node最終都會被檢測到
- Speed of failure detection
一個node從failed到被檢測到failed的平均耗時
- Accuracy
false positive rate，即一個node被誤判為failed的概率
- Message Load
在檢測中每個node的network load是多少，是否均勻分佈
Unreliable Failure Detectors for Reliable Distributed Systems一文中指出對於非同步的網路來說，100%的Completeness與Accuracy無法同時保證，因而SWIM權衡之下選擇了Completeness，同時儘可能減少false positive rate以提升Accuracy
Failure Detection
- direct ping
local node從alive nodes中隨機選擇N個node來進行detect；如果direct ping中有的node沒有在timeout時間內返回ack則會進行indirect ping
- indirect ping
local node從alive nodes中隨機選擇K個node來對direct ping目標node進行indetect ping，這K個node會把結果forwards給這個local node，最後local node檢查如果這個K個node沒有一個返回ack，則將該目標node標記為failed，然後通過Membership update Dissemination將該node的FAILED資訊傳播到網路中的其他node
Membership update Dissemination
Membership update Dissemination可以將messages分為JOINED、FAILED兩類：
- JOINED
當一個node加入到該網路時，需要通知其他node更新local membership新增該node
- FAILED
當一個node被檢測為failed時，需要通知其他node更新local membership移除該node
這個過程可以使用multicast來實現
改進
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Infection-Style Dissemination multicast實現的Dissemination是不可靠的而且低效的，一個更加robust版本的SWIM採用Infection-Style的方式進行dissemination，即利用Failure Detection的ping機制，將需要dissemination的訊息piggyback在ping/ack上，來實現類似gossip的訊息傳播，從而減少額外的單獨資訊傳遞開銷
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Suspicion Mechanism 為了更好地減少false positive rate以提升Accuracy，可以引入Suspicion Mechanism，即當local node檢測到該node failed時將其標記為suspected；被標記為suspected的node在最終被確認為failed之前被當做是alive；其他node如果檢測到該node是alive則對該node取消suspected，恢復alive；如果在指定時間該node沒有被恢復為alive則被標記為failed
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Time bound failure detection 隨機選擇node進行ping可能會造成一定的延時，可以使用round robin的方式來取代隨機選擇,當所有node都選擇過了之後再重新shuffle該node list
小結
- SWIM的全稱是Scalable, Weakly-Consistent, Infection-Style, Processes Group Membership Protocol；與傳統的heartbeats相比，SWIM將整個過程分為Failure Detection及Membership update Dissemination兩個task
- SWIM的failure detection過程分為兩個部分，一個是direct ping，一個是indirect ping
- Infection-Style的方式進行dissemination，即利用Failure Detection的ping機制，將需要dissemination的訊息piggyback在ping/ack上，來實現類似gossip的訊息傳播，從而減少額外的單獨資訊傳遞開銷