而靈活地實(shí)現(xiàn)對(duì)具體 復(fù)制狀態(tài)機(jī)實(shí)例的設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的復(fù)制狀態(tài)機(jī)的性能提升主要體現(xiàn)在對(duì)資源的高效利用和 負(fù)載的均衡分?jǐn)偵?，這兩方面的優(yōu)化可以通過對(duì)實(shí)際執(zhí)行協(xié)議的進(jìn)程全集的良好分組并在 服務(wù)器全集上的合理分布來實(shí)現(xiàn)。不同類型的進(jìn)程群組承擔(dān)不同的任務(wù)或處理不同的對(duì) 象。有利于資源的高效利用，而其在服務(wù)器全集上的合理分布有利于負(fù)載均衡。由于排序 任務(wù)被劃分，由不同分組得到的部分有序序列在提交前必須被合并（在某種意義上也是一 種排序形式），它們最終由執(zhí)行進(jìn)程獲取并執(zhí)行。
[0050] 對(duì)于復(fù)制狀態(tài)機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)而言，為了滿足具體的資源約束/優(yōu)化目標(biāo)，其中各 個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。復(fù)制狀態(tài)機(jī)高效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于針對(duì)局部排序和全局合并模塊所 設(shè)置的、從進(jìn)程全集到服務(wù)器全集的映射，這也是復(fù)制狀態(tài)機(jī)及其一致性協(xié)議得以優(yōu)化的 關(guān)鍵。簡(jiǎn)單地說，映射實(shí)際上是具有不同功能和負(fù)載的執(zhí)行進(jìn)程在物理服務(wù)器上的具體分 配。這樣，一個(gè)被劃分為不同執(zhí)行階段的一致性協(xié)議就可以通過負(fù)載（即局部排序或全局 合并）均衡分?jǐn)偤唾Y源（如CPU、網(wǎng)絡(luò)和磁盤等）高效利用而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)制狀態(tài)機(jī)及其一致性 協(xié)議的優(yōu)化。
[0051] 為了方便地表述從進(jìn)程全集到服務(wù)器全集的分配，本發(fā)明結(jié)合進(jìn)程群組和服務(wù)器 集群的屬性，定義了兩個(gè)全集間的抽象映射關(guān)系，使得復(fù)制狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)者可以基于這一抽 象的映射關(guān)系派生出其特定于具體設(shè)計(jì)的配置關(guān)系。
[0052] 本發(fā)明對(duì)框架的實(shí)例化是通過集合來描述的。集合是具有某些共享特征的元素的 組合。描述涉及兩種集合，即服務(wù)器的集合以及進(jìn)程的集合。
[0053] 定義1 :服務(wù)器全集是由參與到復(fù)制狀態(tài)機(jī)運(yùn)行的所有物理服務(wù)器組成的集合， 表示為S。令| S | = m, m多3, m GN。
[0054] 定義2 :進(jìn)程全集是由服務(wù)器全集中所有服務(wù)器上運(yùn)行的、具體執(zhí)行復(fù)制狀態(tài)機(jī) 各項(xiàng)功能的所有進(jìn)程組成的集合，表示為P。4
這里Pi是每 臺(tái)服務(wù)器上的進(jìn)程數(shù)。
[0055] 根據(jù)功能劃分，復(fù)制狀態(tài)機(jī)通常包含三類執(zhí)行某種具體操作的執(zhí)行進(jìn)程，即排序 進(jìn)程、合并進(jìn)程和執(zhí)行進(jìn)程。相同類型的進(jìn)程一起組成了實(shí)現(xiàn)協(xié)議某種功能的進(jìn)程集合。在 本發(fā)明中，這樣的一個(gè)進(jìn)程集合被稱為一個(gè)進(jìn)程群組或群組。這樣，我們得到了進(jìn)行請(qǐng)求排 序的排序群組（即排序進(jìn)程集合，表示為〇)，合并多個(gè)請(qǐng)求的合并群組（即合并進(jìn)程集合， 表示為M)以及最終執(zhí)行請(qǐng)求的執(zhí)行群組（即執(zhí)行進(jìn)程集合，表示為E)。注意，具體的復(fù)制 狀態(tài)機(jī)實(shí)例可能根據(jù)資源約束/優(yōu)化目標(biāo)將負(fù)載分?jǐn)偨o多個(gè)同類群組。在本發(fā)明中，我們 將所有相同類型的群組的全體稱為群組全集。因此我們得到了相應(yīng)的排序群組全集（表示 為6。，6。=口 {0J)、合并群組全集（GM，GM=U {MJ)和執(zhí)行群組全集（GE，GE=U {EJ)。這 些群組全集通常對(duì)應(yīng)于模塊化抽象框架中的模塊。
[0056] 本實(shí)例將運(yùn)行排序進(jìn)程、合并進(jìn)程、執(zhí)行進(jìn)程的執(zhí)行服務(wù)器分別稱為排序服務(wù)器、 合并服務(wù)器和執(zhí)行服務(wù)器。由于一臺(tái)服務(wù)器可能運(yùn)行不同的進(jìn)程，因此相同的服務(wù)器可能 既是排序服務(wù)器又是合并服務(wù)器，甚至還是執(zhí)行服務(wù)器。我們將運(yùn)行同類進(jìn)程集合的服務(wù) 器集合稱為一個(gè)服務(wù)器集群或集群。這樣，我們就得到了排序集群（即排序服務(wù)器集合，表 示為S)、合并集群（合并服務(wù)器集合，表示為T)和執(zhí)行集群（執(zhí)行服務(wù)器集合，表示為U)。 在本發(fā)明中，我們將相同類型的集群的全體稱為集群全集。因此我們得到了相應(yīng)的排序集 群全集（表示為{SJ)、合并集群全集（表示為C M，CM=U {TJ)和執(zhí)行集群全集 (表示SCE，CE=U {UJ)。
[0057] 在復(fù)制狀態(tài)機(jī)的模塊化抽象框架中，以上所述集合具有如下兩個(gè)屬性：
[0058] 群組不相交屬性.~ 一一
....
[0059] 集群相交屬性：
[0060] 根據(jù)上文所述，復(fù)制狀態(tài)機(jī)模塊化抽象框架的核心是排序模塊和合并模塊。對(duì)狀 態(tài)機(jī)及其協(xié)議的擴(kuò)展是通過在適當(dāng)?shù)姆?wù)器集合上運(yùn)行相應(yīng)的進(jìn)程集合來實(shí)現(xiàn)的。它實(shí)際 上是進(jìn)程全集在服務(wù)器全集上的合理分配。我們通過定義從集合到集合上的一個(gè)抽象的映 射來描述兩者之間的分配關(guān)系。
[0061] 定義3 :令進(jìn)程全集P中的排序群組全集、合并群組全集、執(zhí)行群組全集分別為G。、 GM、GE，服務(wù)器全集S的排序集群全集、合并集群全集、執(zhí)行集群全集分別為c。、CM、C E，它們 遵循群組不相交屬性和集群相交屬性。定義P到S的一種抽象的映射關(guān)系為$，使得下式 成立：
[0062]
[0063]映射關(guān)系=表示從符號(hào)左側(cè)的集合到右側(cè)的集合上的一種分配關(guān)系，代表進(jìn)程群 組運(yùn)行在服務(wù)器集群上。
[0064] 在復(fù)制狀態(tài)機(jī)模塊化抽象框架中沒有被明確描述的另一個(gè)概念是狀態(tài)，它也會(huì)影 響狀態(tài)機(jī)實(shí)例的設(shè)計(jì)。本發(fā)明中有關(guān)于狀態(tài)的如下定義。
[0065] 定義4:狀態(tài)指的是每個(gè)服務(wù)副本上一組被客戶端發(fā)送的請(qǐng)求讀取和修改的狀態(tài) 變量的全集，表示為V。一個(gè)狀態(tài)全集可以被劃分為不同的子集朽e F, i e N。這些子集 可能相交或也可能不相交。
[0066] 在復(fù)制狀態(tài)機(jī)模塊化框架設(shè)計(jì)與集合、映射定義的基礎(chǔ)上，我們規(guī)范了運(yùn)行在復(fù) 制狀態(tài)機(jī)中的一致性協(xié)議應(yīng)遵守的公共步驟，使其成為具體協(xié)議執(zhí)行的基礎(chǔ)性框架算法。 它包括了狀態(tài)劃分、映射配置和協(xié)議執(zhí)行三個(gè)部分。如附圖2所示。具體說明如下。
[0067] 并非所有優(yōu)化都需要通過狀態(tài)劃分來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于復(fù)制狀態(tài)機(jī)實(shí)例而言，是否進(jìn)行 狀態(tài)劃分取決于優(yōu)化的需要。不過，如果狀態(tài)劃分確實(shí)發(fā)生，則存在兩種情況，即狀態(tài)分區(qū) 重疊（存在兩個(gè)分區(qū)可能具有一部分相同的狀態(tài)變量）和狀態(tài)分區(qū)不重疊（任意兩個(gè)分區(qū) 都不具有相同的狀態(tài)變量）。
[0068] 配置，包括指定映射和設(shè)置故障檢測(cè)機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的關(guān)鍵。不同的資源約束/ 優(yōu)化目標(biāo)影響了復(fù)制狀態(tài)機(jī)實(shí)例的配置。指定映射的本質(zhì)是進(jìn)程全集在服務(wù)器全集上的分 配，對(duì)特定場(chǎng)景下的性能提高和負(fù)載均衡起重要作用；故障檢測(cè)機(jī)制則可根據(jù)映射而靈活 地進(jìn)行設(shè)置。
[0069] 協(xié)議的執(zhí)行分為三個(gè)階段，即由執(zhí)行群組、合并群組和執(zhí)行群組分別執(zhí)行的局部 排序階段、全局合并階段以及最終執(zhí)行階段。雖然不同復(fù)制狀態(tài)機(jī)實(shí)例及其一致性協(xié)議實(shí) 現(xiàn)方式不同，但其執(zhí)行基本上都涉及以上三個(gè)階段。不同的配置會(huì)對(duì)局部排序階段和全局 合并階段產(chǎn)生顯著的影響。局部排序階段形成的有序序列不是最終結(jié)果，它會(huì)被作為中間 結(jié)果緩存起來，進(jìn)而作為全局合并階段的提案獲得全局的一致共識(shí)。最終，所有被排序的請(qǐng) 求會(huì)被提交并在最終執(zhí)行階段被執(zhí)行。
[0070] 復(fù)制狀態(tài)機(jī)的模塊化抽象框架必須具有如下目標(biāo)，即，使可能發(fā)生故障的分布式 進(jìn)程以相同的順序執(zhí)行相同的請(qǐng)求。為此，其實(shí)例必須滿足以下的活性屬性模塊化抽象復(fù) 制狀態(tài)機(jī)有效性、模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)一致性和安全性屬性模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)完整 性、模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)全序：
[0071] 模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)有效性：如果任意排序群組中的某個(gè)正確的進(jìn)程提出了一 個(gè)請(qǐng)求r，則所有正確的合并進(jìn)程將最終提交r。
[0072] 模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)一致性：如果某個(gè)正確的合并進(jìn)程提交了一個(gè)請(qǐng)求r，則 所有正確的合并進(jìn)程最終也會(huì)提交r。
[0073] 模塊化抽象復(fù)制狀態(tài)機(jī)完整性：任何給定的請(qǐng)求r最多只被每個(gè)正確的合并進(jìn)程 提交一次，并且僅