[論文レビュー] Multileader WAN Paxos: Ruling the Archipelago with Fast Consensus.

Ailidani Ailijiang, Aleksey Charapko+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2017

Distributed systems and fault tolerance参考文献 21被引用数 6

ひとこと要約

WPaxos は、柔軟な多数決を用いて、地理的に分散した複数のリーダー間でオブジェクト領域を動的にパーティション分割するマルチリーダー WAN パキシスプロトコルであり、WAN 同期を最小限に抑えることで低遅延・高スループットのコンセンサスを実現する。適応的オブジェクトスティーリングとローカル操作最適化により、EPaxos より平均遅延が最大 18 倍速く、中央値遅延が最大 65 倍速くなる。

ABSTRACT

We present WPaxos, a multileader wide area network (WAN) Paxos protocol, that achieves low-latency high-throughput consensus across WAN deployments. WPaxos dynamically partitions the global object-space across multiple concurrent leaders that are deployed strategically using flexible quorums. This partitioning and emphasis on local operations allow our protocol to significantly outperform leaderless approaches, such as EPaxos, while maintaining the same consistency guarantees. Unlike statically partitioned multiple Paxos deployments, WPaxos adapts dynamically to the changing access locality through adaptive object stealing. The ability to quickly react to changing access locality not only speeds up the protocol, but also enables support for mini-transactions. We implemented WPaxos and evaluated it across WAN deployments using the benchmarks introduced in the EPaxos work. Our results show that WPaxos achieves up to 18 times faster average request latency and 65 times faster median latency than EPaxos due to the reduction in WAN communication.

研究の動機と目的

• 広域ネットワーク（WAN）環境におけるリーダーレスコンセンサスプロトコル（EPaxos など）の高い遅延を解消すること。
• 強いつ致性保証を損なわず、地理的に分散したシステムにおけるスループットの向上と遅延の低減を実現すること。
• 動的アクセス局所性に適応することで、ミニトランザクションの効率的サポートを可能とすること。
• 複数のパキシスインスタンスにおける静的パーティショニングの制限を克服し、実行時における柔軟性を導入すること。

提案手法

• アクセス局所性に基づいて、複数の並列リーダー間でグローバルオブジェクト領域を動的にパーティション分割する。
• WAN 間通信を最小限に抑えるために、柔軟な多数決を採用する。
• アクセスパターンの変化に応じて、オブジェクトをリーダー間で移動させる適応的オブジェクトスティーリングを用いる。
• ローカル操作を優先することでパフォーマンスを最適化し、WAN 通信への依存度を低減する。
• すべての操作がグローバルトータルオーダーを介して順序付けられることで、強いつ致性を維持する（複数のリーダー間でも）。
• 直接的なパフォーマンス比較が可能なように、EPaxos からのベンチマーキングフレームワークを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチリーダー・パキシスプロトコルは、WAN 環境下でリーダーレスプロトコル（EPaxos など）よりも顕著に遅延を低減できるか？
• RQ2 動的オブジェクトパーティショニングと適応的スティーリングは、アクセスパターンの変化に伴ってどれほど効果的にパフォーマンスを向上できるか？
• RQ3 マルチリーダー・コンセンサスは、低遅延を維持しつつ、ミニトランザクションをどれほど効率的にサポートできるか？
• RQ4 柔軟な多数決構成は、致性を損なわずに WAN 通信をどれほど削減できるか？

主な発見

• WPaxos は、WAN デプロイにおいて EPaxos より最大 18 倍の平均リクエスト遅延の高速化を達成する。
• WPaxos の中央値リクエスト遅延は、EPaxos より 65 倍速く、顕著なパフォーマンス向上を示している。
• ローカル操作の優先と適応的オブジェクトスティーリングにより、WAN 通信が削減されている。
• 複数のリーダーと動的パーティショニングを採用しても、WPaxos は EPaxos と同一の強いつ致性保証を維持している。
• アクセス局所性の変化に素早く反応することで、ミニトランザクションの効率的サポートが可能になっている。
• パフォーマンス向上の主な要因は、アルゴリズム最適化ではなく、データセンター間通信の削減にある。