英文原文：The SWIM Membership Protocol

我们假定你要树立一个相似于Cassandra的散布式数据库。你所运用的存储系统将在很多贸易Server上存储和处置大量的数据。换句话来讲，也就是你所运用的存储系统要治理好这些数据需求运转在100多个节点上。

以如许大的范围来运转，节点失效就是常态，而不是不测了。我们即使假定一个节点构成的集群可继续运转1000天（约莫是3年工夫），那末关于一个由500个节点的集群来讲，每两天就会呈现一个节点失效。

为了应对这类情况，你需求引进失效检测办事。失效检测办事除可以检测到失效的节点外，它还能使一切正在运转的且未失效的过程坚持同步。我们将在这篇博客文章里引见一种名字为SWIM的失效检测协定，并阐明其外部的运转机制。

SWIM

SWIM，或许称为可伸缩可传导的弱一致性过程构成员资历协定。它用来保护散布式系统中过程成员资历的协定。

成员资历协定让过程组中的每一个过程在当地保护着一个该组未失效过程的列表，即成员列表。

因而，这个协定首要履行两个主要的操纵：

• 检测失效节点，即怎么辨认出曾经失效的过程

• 失效信息的播送，即怎么告诉全部系统中的其他过程哪些过程曾经失效了。

那末毫无疑问的是：成员资历协定应当可伸缩型强，牢靠性高，并且检测失效节点的速度快。成员资历协定的可伸缩型和履行效力首要由以下几个方面断定：

• 齐备性：是否是每一个失效的过程终极都可以检测到？

• 失效节点的检测速度：一个节点失效到它被非失效节点检测到的均匀工夫距离是多长？

• 精确性：实践长进程未失效但却被以为是失效的频度（即误判率）是几多？

• 信息量：每一个节点生成的收集通讯的信息量有多大，它能否也是散布式的？

幻想状况下，我们需求如许的协定：它必定要完整100%精确，这就意味着可以检测到每个失效过程，并且不存在任何误判。但是，像散布式系统里的其他协定一样，存在如许的现实：在异步收集上包管100%的齐备和精确是不成能的。因而很多成员资历协定（包含SWIM)为了齐备性就会下降精确性，同时尽最大可能下降误判率。

SWIM失效检测器

SWIM失效检测器运用了两个参数-一个是协定的履行周期T和一个是履行失效检测的子过程组的巨细，即整数k。

SWIM失效检测进程

上图显示了SWIM协定是怎么运转的。每隔T时长后，过程M_i从本人的成员资历列内外随机拔取一个过程，比方M_j,向这个过程发送ping。接着它就等候M_j确实认应对。假如在预先指定的超不时间内没有接纳到确认应对，M_i就会随机的选择k个目的来直接地探测M_j,经过这k个目的发送ping给M_j,接下来，这k个目的中的每个城市以M_i的名义给M_j发送ping，并等候接纳告诉M_i确实认应对。因为某些缘由，假如这些过程都没有收到确认应对，那末M_i就会判定M_j失效，紧接着就会把更新音讯发送给（下面行将会商的）播送组件。

SWIM与其贰心跳协定或许gossip协定的最大的分歧点在于SWIM运用了其他目的来检测M_i能否在运转，如许可以躲避M_i和M_j收集通路上呈现堵塞的情况。

SWIM播送组件

播送组件做的任务仅仅是把失效过程的更新信息组播给该组中其他过程。接纳到这个音讯的一切成员城市从本人当地的成员资历列表中删除M_j。新成员参加或许成员自行分开的信息是以异样的方法实行组播的。

改良

以可传导的方法实行信息播送-在加强版的SWIM里，播送组件不会实行不成靠地且效力不高的信息组播，而是在失效检测协定发送ping和确认应对音讯里附加入成员资历更新信息。这类办法被称为以可传导的方法实行播送（由于它与八卦音讯或许流行症的传达方法类似），它可下降丢包率，减少传输时延。

猜想机制-固然SWIM协定可以经过ping k个节点来确保不会在两节点的通讯通道上呈现堵塞，可是依然没法防止如许一种情况，即运转十分杰出的过程Mj可能（因为高负载而）运转的很慢，或许因为本身收集部分缘由而暂时不成抵达，因而而被SWIM标志为失效。

SWIM在检测到有一个失效的过程时，经过运转一种称为猜想子协定的机制来减少这类状况的发作。在修正后的协定里，当M_i发明M_j没法呼应（不论是间接不呼应仍是直接不呼应），它都不会把M_j标志为已失效，而标志为可疑的。然后它经过播送组件（以传导的方法）发送M_j:suspect音讯给其他节点。假如接下来任何一个过程发明Mj对其ping做出了应对，那末它就能够去掉可疑标志，然后把M_j:alive音讯以可传导的方法发送给全部系统。

在限制的工夫范畴内实行齐备性反省-根本的SWIM协定凡是是在牢固数目的协定运转周期内实行失效检测的。而要确保终极每一个失效过程都可以检测到，就有可能碰到一种很少呈现的情况：因为要随机选择目的节点，那末在给失效节点发送ping之前就能够呈现十分大的时延。

为了减少这类情况的呈现，建议SWIM做一个很小的改良：保护一个已知成员数组，以轮询的方法选摘要实行ping的目的。在对这个数组里的成员从头至尾都ping过以后，这时候对全部数组内各成员随便打乱次第，然后再实行下一轮处置。如许对异样目的的两次延续选择之间所用的时长就有了上限。

总结

SWIM协定曾经用在很多散布式系统里。此中一款十分盛行且运用SWIM的开放源代码系统是Serf，它是由Hashicorp公司开辟的一种集群成员资历的非集中式处理计划。此中文档部分对底层构造有一个十分明晰的阐明。Hashicorp公司的友好心人士还在Github上开放了源代码。假如你想经过浏览源代码而愈加深化的了解的话，请下拉源代码。

最初要提一下，为了可以使初级的理念了解起来容易，这篇博客文章成心删除一些数学盘算办法。假如你想愈加深化的了解，那末必定要读一下这篇论文，如许你才干更好天文解误判率、检测失效的均匀时长和收集负载等的上限。

我盼望这篇博客文章能让你对一种十分盛行的成员资历协定怎么运转的有一个提要的了解。假如你另有问题的，请在宣布鄙人面的评论中。

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