[論文レビュー] Actor Model of Computation: Scalable Robust Information Systems

Carl Hewitt|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2010

Distributed systems and fault tolerance参考文献 78被引用数 88

ひとこと要約

この論文は、大規模な並列処理と多様で一貫性のないデータを処理できる、スケーラブルで堅牢な情報システムを構築する基盤としての計算のアクターモデルを提示する。物理法則と並列プログラミングの原則にインspiredされ、永続性、並列処理、準可換性、スポンサーシップ、多様性、および履歴追跡をサポートする。これにより、分散環境およびクラウド環境における耐障害性のある情報統合が可能になる。

ABSTRACT

The Actor model is a mathematical theory that treats "Actors" as the universal primitives of concurrent digital computation. The model has been used both as a framework for a theoretical understanding of concurrency, and as the theoretical basis for several practical implementations of concurrent systems. Unlike previous models of computation, the Actor model was inspired by physical laws. It was also influenced by the programming languages Lisp, Simula 67 and Smalltalk-72, as well as ideas for Petri Nets, capability-based systems and packet switching. The advent of massive concurrency through client-cloud computing and many-core computer architectures has galvanized interest in the Actor model. Actor technology will see significant application for integrating all kinds of digital information for individuals, groups, and organizations so their information usefully links together. Information integration needs to make use of the following information system principles: * Persistence. Information is collected and indexed. * Concurrency: Work proceeds interactively and concurrently, overlapping in time. * Quasi-commutativity: Information can be used regardless of whether it initiates new work or become relevant to ongoing work. * Sponsorship: Sponsors provide resources for computation, i.e., processing, storage, and communications. * Pluralism: Information is heterogeneous, overlapping and often inconsistent. * Provenance: The provenance of information is carefully tracked and recorded The Actor Model is intended to provide a foundation for inconsistency robust information integration

研究の動機と目的

• 並列デジタルシステムにおける普遍的な計算プリミティブとしてのアクターモデルを確立すること。
• 現代の情報システムにおける一貫性の欠如、多様性、およびスケーラビリティの課題に対処すること。
• クライント・クラウドおよびマルチコアアーキテクチャにおける多様なデータソースを統合するための理論的かつ実践的な基盤を提供すること。
• 履歴追跡、スポンサーシップ、および準可換性などの原則を通じて、堅牢な情報統合を支援すること。
• 一貫性の欠如や動的なワークロードに耐性を持つ、実用的な並列システムの展開を可能にすること。

提案手法

• 非同期メッセージ伝送を介して通信する独立した並列実体としてのアクターを用いた計算のモデル化。
• 物理法則と計算原理に基づく数学的公理を用いて、システム動作を形式化すること。
• Lisp、Simula 67、Smalltalk-72、ペトリネット、能力ベースシステム、パケットスイッチングの概念をモデルに統合すること。
• 分散されたアクター間で状態とインデックス情報を維持することで、永続性を強制すること。
• 時間的重ね合わせを許容する非ブロッキングでメッセージベースの相互作用を通じて、並列処理をサポートすること。
• 分散システムにおける信頼性、責任の所在、リソース割り当てを保証するため、履歴追跡およびスポンサーシップメカニズムを埋め込むこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 計算モデルは、一貫性の欠如や多様なデータに対して、大規模な並列処理を維持しながらも、どのようにして耐障害性を保つことができるか？
• RQ2 分散システム全体にわたり、スケーラブルで信頼性の高い情報統合を実現するために、どのような原則が不可欠か？
• RQ3 アクターモデルは、物理法則にどのように根拠を置くことで、予測可能でスケーラブルな動作を保証できるか？
• RQ4 履歴追跡およびスポンサーシップメカニズムは、並列システムにおける信頼性とリソース管理をどのように向上させることができるか？
• RQ5 アクターモデルは、タイミングや文脈にかかわらず情報が有用であることを可能にする準可換性をどのように実現するか？

主な発見

• アクターモデルは、数学的に厳密な並列計算の基盤を提供し、一貫性の欠如に対してもスケーラブルで耐障害性がある。
• このモデルは、永続的で並列的かつ多様な情報処理をサポートし、多様なデータソース間の統合を可能にする。
• 準可換性により、情報が新たな作業を引き起こすか、進行中のプロセスに影響を与えるかにかかわらず、効果的に使用できる。
• スポンサーシップメカニズムにより、計算リソースの動的割り当てが可能となり、長時間実行されるスケーラブルなシステムを支援する。
• 履歴追跡により、情報のルートが保持され、分散システムにおける信頼性と監査可能性が向上する。
• 物理法則に基づく理論的基盤と、既存のプログラミング言語およびネットワーキングパラダイムからの実用的インスピレーションを併せ持つことで、クラウドおよびマルチコアコンピューティングにおける実世界への適用可能性が実現される。