[論文レビュー] scriptJ(TM) extension of Java(R): discretionary, adaptive concurrency for privacy-friendly, client-cloud computing

Carl Hewitt|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2010

Distributed and Parallel Computing Systems被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、メッセージパッシング抽象化を通じて任意の並列処理を可能にする汎用プログラミング言語iScript(TM)を紹介する。低レベルの並列処理プリミティブを排除することで、高パフォーマンスかつ表現力豊かな並列処理を実現する。関数型プログラミングと論理型プログラミングを統合し、'スポンサー'によるシステムリソース管理を実施することで、プライバシーに配慮したクライアント・クラウドコンピューティングを実現する。

ABSTRACT

iScript(TM) is a general purpose programming language for implementing discretionary, adaptive concurrency that manages resources and demand. It is differentiated from other concurrent languages by the following: - Universality o Everything in the language is accomplished using message passing including the very definition of iScript itself. o Directly express discretionary push and pull concurrency o Functional and Logic Programming are integrated into general concurrent programming. o Programs do not expose low-level implementation mechanisms such as threads, tasks, channels, queues, locks, cores, etc. o Program resource control of energy, processing, storage, and communications using sponsors. o Binary XML and JSON are data types o Applications cannot directly harm each other. - Efficiency o Allow execution to be dynamically adjusted for system load and capacity (cores) o Minimize latency along critical paths - For ease of reading, programming can be displayed using a 2-dimensional textual typography (as is often done in mathematics). iScript attempts to achieve the highest level of performance, scalability, and expressibility with a minimum of primitives. Objective C is a registered trademark of Apple, Inc.

研究の動機と目的

• クライアント・クラウド環境における従来の並列処理モデルの複雑さと脆弱性を解決すること。
• スレッド、ロック、キューなどの低レベルの並列処理プリミティブを排除することで、攻撃面を拡大し、ポータビリティを低下させる要因を排除すること。
• 関数型プログラミングと論理型プログラミングのパラダイムを統合した、統一的かつ表現力豊かな並列処理モデルを提供すること。
• スポンサーシップメカニズムを用いて、エネルギー、CPU、ストレージ、帯域幅といったリソースの動的で適応的な管理を可能にすること。
• 信頼できないクラウド環境において、アプリケーション間の強い隔離を確保し、直接的な損害を防止することでプライバシーを強化すること。

提案手法

• すべての言語構文、言語定義自体を含め、メッセージパッシングによって表現され、一貫性と合成可能性を確保する。
• 任意のプッシュ型およびプル型の並列処理が、メッセージパッシングのパターンによって直接表現可能であり、柔軟な調整を可能にする。
• リソース制御は、CPU、メモリ、ネットワークなどのシステムリソースへのアクセスを管理する一等身のエンティティ「スポンサー」によって強制される。
• バイナリXMLおよびJSONは、第一級のデータ型としてネイティブにサポートされ、分散システムにおける効率的なデータ交換を可能にする。
• プログラムはデフォルトで隔離されており、他のプログラムの状態やリソースに直接アクセスできないため、セキュリティとプライバシーが保証される。
• 2次元のテキスト型 typography を用いることで、可読性と表現力を向上させ、数学的表記に類似した明確さを実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般用途のプログラミング言語として、低レベルのシステムプリミティブを公開せずに、適応的並列処理をどのように実現できるか。
• RQ2 関数型プログラミングと論理型プログラミングを、パフォーマンスを犠牲にせずに、並列処理モデルにネイティブに統合できる範囲はどの程度か。
• RQ3 スポンサーシップベースのモデルが、CPU、メモリ、ネットワークなどのシステムリソースを効果的に管理できるか。また、応答性と低レイテンシを維持できるか。
• RQ4 パフォーマンスのペナルティを伴わず、共有クラウド環境においてアプリケーション間の強い隔離をどのように達成できるか。
• RQ5 メッセージパッシング抽象化のみで、実世界のクライアント・クラウドアプリケーションに十分な表現力と効率性を提供できるか。

主な発見

• iScriptはスポンサーを通じてシステム全体のリソース制御を可能にし、低レベルのスレッドを必要とせずに、システム負荷や容量に応じた動的適応を実現する。
• 適応的並列処理により、重要な実行パスにおけるレイテンシを最小限に抑えることで、高いパフォーマンスとスケーラビリティを達成する。
• 関数型プログラミングと論理型プログラミングのパラダイムが、並列モデルに完全に統合されており、表現力豊かで合成可能なアプリケーション論理を可能にする。
• アプリケーションはデフォルトで隔離されており、直接的な干渉を防止し、信頼できないクラウド環境におけるプライバシー強化を実現する。
• 2次元型 typography の使用により、複雑な並列処理および宣言的構文の可読性と保守性が向上する。
• バイナリXMLおよびJSONは第一級のデータ型としてサポートされており、分散システムにおける効率的なデータシリアル化と交換を可能にする。