[논문 리뷰] Stabilizing Server-Based Storage in Byzantine Asynchronous Message-Passing Systems

Silvia Bonomi, Shlomi Dolev외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 28.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 13인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일시적 고장이 발생하는 이방성 메시지 전달 시스템에서 최초로 자기안정성 있는 바쿠시니안 내성 읽기/쓰기 레지스터를 제안한다. 이는 유한한 순서 번호, 에포크 기반 라벨링, 그리고 다수의 단일 쓰기자 다수 독자자(SWMR) 레지스터를 사용하여 실용적인 자기안정성 있는 다수 쓰기자 다수 독자자(MWMR) 원자 레지스터를 구성한다. 이는 이방성 환경에서는 최대 t < n/8의 바쿠시니안 서버를, 동기화 환경에서는 t < n/3의 바쿠시니안 서버를 견딜 수 있다.

ABSTRACT

A stabilizing Byzantine single-writer single-reader (SWSR) regular register, which stabilizes after the first invoked write operation, is first presented. Then, new/old ordering inversions are eliminated by the use of a (bounded) sequence number for writes, obtaining a practically stabilizing SWSR atomic register. A practically stabilizing Byzantine single-writer multi-reader (SWMR) atomic register is then obtained by using several copies of SWSR atomic registers. Finally, bounded time-stamps, with a time-stamp per writer, together with SWMR atomic registers, are used to construct a practically stabilizing Byzantine multi-writer multi-reader (MWMR) atomic register. In a system of $n$ servers implementing an atomic register, and in addition to transient failures, the constructions tolerate t

연구 동기 및 목표

• 일시적 고장이 발생하는 바쿠시니안 이방성 메시지 전달 시스템에서 자기안정성 있는 원자 레지스터를 설계하는 것.
• 쓰기 순서 뒤집힘을 제거하고 일시적 고장 이후 일관성을 보장하는 것.
• 단일 쓰기자 단일 독자자(SWSR) 정규 레지스터를 다수 쓰기자 다수 독자자(MWMR) 원자 레지스터로 확장하는 것.
• 이전 연구들과 달리 쓰기 정지 조건을 요구하지 않는 실용적인 자기안정성 모델을 달성하는 것.
• 이방성 시스템에서는 최대 t < n/8, 동기화 시스템에서는 t < n/3의 바쿠시니안 서버를 견딜 수 있는 장애 내성 제공

제안 방법

• SWSR 정규 레지스터에서 쓰기 순서 뒤집힘을 제거하기 위해 유한한 순서 번호를 사용한다.
• 다음 에포크 함수를 사용하는 유한한 에포크 라벨링 체계(K = k² + 1)를 적용하여 쓰기의 총순서를 보장한다.
• 순서 번호와 에포크 비교를 조합하여 실용적인 자기안정성 있는 SWSR 원자 레지스터를 구성한다.
• 각 쓰기자별 타임스탬프가 부여된 m개의 SWMR 원자 레지스터 복사본을 사용하여 MWMR 원자 레지스터로 확장한다.
• 읽기 연산 중 충돌을 해결하기 위해 최대 에포크 조건과 프로세스 ID를 이용한 티 브레이킹을 사용한다.
• FIFO, 신뢰할 수 있는 통신 링크를 기반으로 하며, 메시지 손실, 중복, 손상이 발생하지 않는다고 가정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일시적 고장이 발생하는 이방성 바쿠시니안 메시지 전달 시스템에서 자기안정성 있는 원자 레지스터를 구성할 수 있는가?
• RQ2 쓰기 정지 조건에 의존하지 않고 쓰기 순서 뒤집힘을 어떻게 제거할 수 있는가?
• RQ3 이방성 시스템과 동기화 시스템에서 t개의 바쿠시니안 서버를 견딜 수 있도록 필요한 최소 서버 수는 얼마인가?
• RQ4 단일 쓰기자 단일 독자자 레지스터를 다수 쓰기자 및 다수 독자자 지원으로 확장하면서 원자성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 운영 정지 조건을 가정하지 않고도 실용적인 자기안정성 모델을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 알고리즘은 첫 번째 쓰기 연산 이후에 안정화되어 바쿠시니안 이방성 시스템에서 실용적인 자기안정성을 달성한다.
• 이 구조는 이방성 시스템에서는 최대 t < n/8, 동기화 시스템에서는 t < n/3의 바쿠시니안 서버를 견딜 수 있다.
• 유한한 순서 번호와 에포크 기반 라벨링의 사용으로 정확한 쓰기 순서가 보장되고 뒤집힘을 방지한다.
• 이전의 자기안정성 바쿠시니안 정규 레지스터에서 요구하는 쓰기 정지 조건을 피하는 데 성공한다.
• MWMR 원자 레지스터는 각 쓰기자별 타임스탬프가 부여된 m개의 SWMR 원자 레지스터 복사본과 에포크 기반 조율을 사용하여 구성된다.
• 일시적 고장 이후에도 바쿠시니안 서버가 일시적으로 일관성을 위반하더라도 시스템은 정상 동작으로 안정화된다.