Gestão de estado eficiente no serviço de coordenação DDS

Abstract

Durante alguns anos, os serviços de coordenação utilizaram protocolos de replicação de informação entre as suas réplicas que seguiram o modelo de faltas por paragem (crash). Assim, estes serviços toleravam até faltas simultâneas de réplicas, desde que fosse garantido que um conjunto de f+1 réplicas continuavam o seu bom funcionamento. Porém, este modelo é simples de quebrar porque apenas considera que uma réplica apresenta um estado incorrecto se esta deixar de participar no protocolo. Mais tarde, surgiram os primeiros serviços a seguir o modelo de faltas arbitrárias, ou bizantinas. Este novo modelo sugere a adoção de 3f+1 réplicas para que se possa tolerar até réplicas faltosas. Para além disso, o serviço precisa ainda de manter a durabilidade dos seus dados, para ser possível recuperar de falhas gerais, i.e., de falhas que afectam todas as réplicas do serviço. Existem já serviços que garantem essa durabilidade dos dados, à custa de perda de desempenho do sistema, pois uma operação tem ser escrita para um local seguro antes de ser enviada uma resposta ao cliente que a efectuou. Esta perda de desempenho afecta a disponibilidade e escalabilidade do sistema, pelo que deve ser minimizada através da optimização das técnicas que garantem a persistência dos dados. Este projecto tem como objectivo melhorar o DepSpace com uma camada que garante a durabilidade dos dados sem que o desempenho do sistema seja afectado em demasia e ainda um protocolo de recuperação do estado do serviço, de forma a ser possível recuperar de falhas gerais no sistema. O DepSpace é um sistema de coordenação tolerante a faltas arbitrárias baseado num espaço de tuplos, construído no LaSIGE. A durabilidade dos dados vai ser garantida através de mecanismos como o logging de operações, aumentando a fiabilidade do sistema.

For many years, information services replicated information among their replicas using crash fault tolerant (or CFT ) protocols. The CFT model makes those systems tolerate up to f replicas crash faults if at least f + 1 other replicas are alive to keep the service running. Nevertheless, it is simple to break these protocols and make more than f + 1 replicas crash simultaneously, making the service unavailable. Some years later, the first services using a Byantine fault tolerant (or BFT ) model were created. Protocols that follow this model tolerate Byzantine, meaning arbitrary, faults. This new model requires at least 3f + 1 replicas to tolerate up to f Byzantine faults. Furthermore, BFT services need to guarantee their data durability, in order to provide methods to recover the system from total failures, where all the services’ replicas fail by crashing. Some modern services already guarantee their data durability. However, in order to do that, they lose some performance due to the fact that an operation needs to be written to stable storage before it is committed to the client who performed it. This performance loss affects both the system’s availability and scalability, and that is why it should be reduced through the optimization of the durability techniques used to stable store the operations. The goal of this project is to enhance the DepSpace service with a durability layer that enforces the clients’ operations to be stable stored without having much impact on the system’s performance and also with a recovery protocol that recovers the system from total failures. DepSpace is a coordination service built that tolerates Byzantine faults that was built in LaSIGE. The data durability is going to be guaranteed through the use of mechanisms such as operations logging, which increases the system reliability.