基于復制的狀態(tài)一致性關鍵技術研究.pdf

1、人們生產(chǎn)、生活等各個方面越來越依賴于計算機的廣泛使用，建立高可靠、高可用計算機系統(tǒng)已成為現(xiàn)代社會發(fā)展的迫切要求。基于復制的容錯技術，即將關鍵服務軟件復制到分布式系統(tǒng)中一組計算機節(jié)點上運行，形成容錯組，當某個(些)節(jié)點失敗時，其它節(jié)點上的服務軟件能正確運行，保證服務不會中斷，從而屏蔽錯誤，可有效提高系統(tǒng)可靠性和可用性。主動復制和主從復制是常用的復制技術.主動復制中每個服務軟件稱為服務器復本(簡稱復本replica)，每個復本起著相同作用，

2、都接收并執(zhí)行請求；而主從復制中只有一個服務軟件執(zhí)行請求，稱為主服務器(primary)，其它稱為服務器副本(backup)。主動復制具有客戶端請求響應快和可屏蔽拜占庭錯誤的優(yōu)點，而主從復制占用較少計算資源，因此二者都獲得了廣泛應用。 復制技術關鍵在于維護復本(或主服務器/服務器副本)之間狀態(tài)一致，本文主要研究維護主動復制和主從復制狀態(tài)一致性關鍵技術。主動復制復本從相同初始狀態(tài)起，為了維護復本之間狀態(tài)一致，必須保證復本以一致順序交

3、付并執(zhí)行請求：主從復制則要求主服務器失敗后，當一個服務器副本成為新選舉出的主服務器后能夠進入原主服務器失敗前最后的正確狀態(tài)。然而，復制技術面臨服務器節(jié)點崩潰、報文傳輸延遲不確定、報文丟失、服務器執(zhí)行速度不一致以及多線程等諸多非確定性因素，維護狀態(tài)一致性非常困難。針對現(xiàn)有工作的不足，本文主要的工作和貢獻包括： 第一，客戶請求全序化是復制技術正確的前提條件，本文提出異步分布環(huán)境下的一種非阻塞消息全序化協(xié)議NBTOP。非阻塞表現(xiàn)為當主

4、動復制容錯組發(fā)生演進時，容錯組中的成員無需等待進入相同組視圖后再繼續(xù)計算，甚至當決定消息發(fā)生沖突時，容錯組成員仍能繼續(xù)各自的計算。NBTOP協(xié)議采用邏輯令牌環(huán)控制結構，成員利用再請求機制獲得丟失的決定消息，通過“后繼確認”機制解決決定消息沖突問題。進一步證明協(xié)議NBTOP滿足全序性、一致性和終止性。 第二，多線程是一種重要的非確定源，即使交付了全序的請求，由于多線程并發(fā)執(zhí)行，復本之間狀態(tài)仍然可能不一致。因此，主動復制一般不支持多

5、線程.但多線程能提高系統(tǒng)并發(fā)度、避免死鎖并方便應用開發(fā)?；诿嫦驅ο蠹夹g，本文提出三種主動復制復本執(zhí)行一致性算法ARCA_O、ARCA_P和ARCA_C，可分別支持多線程并發(fā)執(zhí)行獨立對象、同一對象獨立屬性和語義可交換請求，并證明其滿足安全性和活性性質。三種算法均為分布式確定性算法，無需復本之間額外通信。 第三，針對主從復制狀態(tài)更新頻繁和主服務器失敗后恢復慢的缺點，本文提出一非阻塞主從復制執(zhí)行一致性算法NBCA_PB，采用全序多播

6、機制，支持多線程并發(fā)執(zhí)行，可有效提高系統(tǒng)響應時間和失敗恢復時間。同時，證明算法NBCA_PB滿足終止性、全序性、更新完整性和響應完整性。 第四，失敗檢測器是分布計算環(huán)境下所必需基礎構件之一，作為一種重要的分布式系統(tǒng)應用，復制技術同樣面臨復本之間(或主服務器/服務器副本)相互判定是否失敗的問題?；诟怕式y(tǒng)計，本文提出一新的QoS自適應失敗檢測器解決方案FDps，由統(tǒng)計器FDstat、配置器FDconf和基于PING-PONG策略協(xié)