Databricks VM IPv4 分配：空闲地址预占与外部 Attach API

题目重点：设计 IP 池与 VM 绑定的 API、表结构及请求工作流，处理并发抢占、外部 attach 失败与回收。

题意与假设

这道练习题保留了面经中值得训练的核心约束，并将需要澄清的条件单独列出。现场拿到变体时，先和面试官确认这些条件。

训练版一个 IPv4 同时最多绑定一个 VM，一个 VM 至多一个主 IPv4；是否支持多 IP、租户/VPC、静态保留、IPv6 和具体 attach 参数需要当轮问。
外部 attach 可能成功、确定失败或超时未知；若支持幂等键/查询绑定状态可安全恢复，若不支持只能进入人工/补偿待核。

schema：ip_address(ip primary key, pool_id, state FREE/RESERVED/ATTACHED/RELEASING, vm_id nullable, reservation_id, version, updated_at)、vm_binding(vm_id unique, ip unique, state, request_id unique)。唯一约束与条件更新保证两个并发请求不会抢同一地址。
POST /vms/{vm_id}/ip-allocations 带 idempotency key。事务内查 VM 现有绑定或按稳定顺序选一条 FREE IP，条件改 RESERVED 并写绑定请求；提交后才调用外部 attach，不能持数据库锁跨网络调用。
attach 成功后用 reservation_id/version 条件更新 RESERVED→ATTACHED；确定失败将地址恢复 FREE 并标请求 FAILED。超时未知时不能立即放回 IP，否则外部可能已经 attach；先调用外部查询或用相同幂等键重试，并保持 RESERVED 与恢复任务。
DELETE /vms/{vm_id}/ip-allocation 先标 RELEASING、调用 detach，确认外部已脱离后才将地址恢复 FREE。重复删除返回稳定结果；VM 消失/回调乱序用状态机和版本校验。
查询 GET 以数据库绑定状态为主，并可附 external sync 状态；定期对账 IP 表与实际 VM attach 状态，处理进程宕机在事务/调用/确认各间隙的悬空记录。

池里只有 10.0.0.7 空闲，VM-A/VM-B 同时申请：两个事务只有一个能把该行由 FREE 改 RESERVED。VM-A 外部 attach 超时后，地址仍 RESERVED；若 API 查询发现已绑定 VM-A，则提交 ATTACHED，绝不能马上让 VM-B 重用。

索引查找/更新单次约 O(log P) 加事务 IO，P 为池地址数；外部 API 延迟占主要尾延迟。保留/回收任务与未决请求数成比例；题目没有 QPS、池规模或多区域要求，不应给假定容量。