[論文レビュー] Consensus on Transaction Commit

Jim Gray, Leslie Lamport|ArXiv.org|Aug 14, 2004

Distributed systems and fault tolerance参考文献 9被引用数 21

ひとこと要約

この論文では、2F+1台のコordinaterを導入することで、2フェーズコミットの単一コordinaterを置き換え、多数が正常に稼働している限り進行を保証する、障害耐性のあるトランザクションコミットプロトコルであるPaxos Commitを提案する。Paxosコンセンサスアルゴリズムを統合することで、最大F台のコordinaterが障害してもブロッキングを回避できるが、安定記憶への書き込み遅延は2フェーズコミットと同一であり、通常ケースではわずかに高いメッセージオーバーヘッドが発生する。

ABSTRACT

The distributed transaction commit problem requires reaching agreement on whether a transaction is committed or aborted. The classic Two-Phase Commit protocol blocks if the coordinator fails. Fault-tolerant consensus algorithms also reach agreement, but do not block whenever any majority of the processes are working. Running a Paxos consensus algorithm on the commit/abort decision of each participant yields a transaction commit protocol that uses 2F +1 coordinators and makes progress if at least F +1 of them are working. In the fault-free case, this algorithm requires one extra message delay but has the same stable-storage write delay as Two-Phase Commit. The classic Two-Phase Commit algorithm is obtained as the special F = 0 case of the general Paxos Commit algorithm.

研究の動機と目的

• 2フェーズコミットにおけるブロッキング問題に取り組む。これは、コordinaterの障害によってプロトコルの進行が停止するためである。
• 多数のコordinaterが正常に稼働している限り進行を保証するトランザクションコミットプロトコルを設計すること。
• Paxosコンセンサスアルゴリズムをトランザクションコミットに統合し、安定性や一貫性を損なわずに耐障害性を達成すること。
• F=0（単一コordinater）の場合に2フェーズコミットがPaxos Commitの退化ケースであることを示すこと。

提案手法

• 最大F回の障害に耐えるために、単一コordinaterの代わりに2F+1台のコordinaterを用いる。
• 全コordinater間でコミット／アボート意思決定を合意形成するためにPaxosコンセンサスアルゴリズムを適用する。
• リソースマネージャの参加状態を維持するためのレジストラプロセスを採用し、Paxosを用いてレジストラの障害時でも一貫性を保証する。
• ボールトベースのメカニズムを導入し、コordinaterがフェーズ1aおよび2aメッセージを送信することで、トランザクションの結果について合意に至る。
• ボールト0で合意が得られない場合には、アボートを示すための特殊値⊥を用いることで、劣化動作を可能にする。
• 多数の受信者にフェーズ2aメッセージを送信することで、障害のない状況での通信オーバーヘッドを低減し、メッセージ遅延を最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コordinater障害時でもブロッキングを回避できるトランザクションコミットプロトコルを設計できるか。安全性と一貫性は保たれるか。
• RQ2 Paxosコンセンサスアルゴリズムをどのように変更すれば、分散トランザクションコミット問題を解決できるか。
• RQ3 2フェーズコミットと障害耐性のある代替プロトコル（例：Paxos Commit）との間で、メッセージコストとストレージコストのトレードオフはどのように変化するか。
• RQ4 2フェーズコミットは、より一般的な障害耐性のあるコミットプロトコルの特殊ケースであるか。
• RQ5 どのようなネットワーク仮定のもとで、ブロッキングのないトランザクションコミットプロトコルは正しくかつ効率的に動作するか。

主な発見

• Paxos Commitは、2F+1台のコordinaterのうち少なくともF+1台が稼働している限り進行を保証し、F台のコordinater障害に耐性がある。
• プロトコルの安定記憶への書き込み遅延は2フェーズコミットと同一であり、I/Oコストは増加しない。
• 通常（障害なし）ケースでは、Paxos Commitは2フェーズコミットに比べて1回のメッセージ遅延が追加されるが、これは最小限のメッセージ遅延に最適化可能である。
• 高速Paxos Commitは、障害なしの状況で非ブロッキングプロトコルの理論的最小メッセージ遅延を達成し、障害なしの状況ではGuerraouiらのアルゴリズムと同等の効率性を示す。
• 2フェーズコミットは、F=0のPaxos Commitと正式に同等であり、Paxos Commitが古典的プロトコルを一般化していることを確認する。
• コordinater障害によるアボートを正しく処理するために、特殊値⊥を用いることで、部分障害時でも一貫性が保たれる。