[논문 리뷰] On Synchronous and Asynchronous Interaction in Distributed Systems

Rob van Glabbeek, Ursula Goltz외 1명|ArXiv.org|2008. 12. 31.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 13인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 동기적 상호작용이 비동기적, 분산 구현에서 어떻게 유지될 수 있는지에 대한 조건을 Petri 넷을 형식적 모델로 사용하여 조사한다. 분산 구현에서 동시성 손실 없이 시스템을 분산화할 수 있는지를 결정하는 반구조적 넷 성질—특히 완전히 도달 가능한 볼 수 있는 순수 마킹의 존재—를 규명하며, 다양한 분산 가정 하에 실행 가능한 넷 클래스의 계층을 수립한다.

ABSTRACT

When considering distributed systems, it is a central issue how to deal with interactions between components. In this paper, we investigate the paradigms of synchronous and asynchronous interaction in the context of distributed systems. We investigate to what extent or under which conditions synchronous interaction is a valid concept for specification and implementation of such systems. We choose Petri nets as our system model and consider different notions of distribution by associating locations to elements of nets. First, we investigate the concept of simultaneity which is inherent in the semantics of Petri nets when transitions have multiple input places. We assume that tokens may only be taken instantaneously by transitions on the same location. We exhibit a hierarchy of `asynchronous' Petri net classes by different assumptions on possible distributions. Alternatively, we assume that the synchronisations specified in a Petri net are crucial system properties. Hence transitions and their preplaces may no longer placed on separate locations. We then answer the question which systems may be implemented in a distributed way without restricting concurrency, assuming that locations are inherently sequential. It turns out that in both settings we find semi-structural properties of Petri nets describing exactly the problematic situations for interactions in distributed systems.

연구 동기 및 목표

• 동기적 상호작용이 비동기 통신을 사용하여 충실하게 어떻게 실현할 수 있는지 조사하는 것.
• 분산이 동시 시스템의 Petri 넷 모델에서 동시성 유지에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 것.
• 비동기 분산 환경에서 동시 동작이 제한되지 않은 채로 실현 가능한 Petri 넷을 특성화하는 것.
• 넷 요소에 위치를 할당하고 결과적인 행동 동치성을 분석함으로써 다양한 분산 모델을 비교하는 것.
• 특히 볼 수 있는 순수 마킹과 같은 구조적 성질이 분산 구현 가능성을 결정하는 데 어떻게 기여하는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 장소와 전이에 위치를 할당한 Petri 넷을 사용하여 분산 시스템을 모델링하는 것.
• 분산과 통신 타이밍에 대한 가정에 기반한 비동기 Petri 넷 클래스의 계층을 도입하는 것.
• 원본 넷과 분산 넷의 행동을 비교하기 위해 스텝 준비 동치성을 적용하여 동시성 유지 보장을 하는 것.
• 문제적인 상호작용 패턴을 식별하기 위한 구조적 기준으로 '완전히 도달 가능한 볼 수 있는 순수 마킹' 개념을 사용하는 것.
• Hopkins의 순차적 의미론과 Selinger의 큐 기반 비동기화와 같은 기존 접근 방식과 결과를 비교하는 것.
• 라벨이 부여된 및 라벨이 없는 넷 구현을 활용하여 다양한 동치 관계 하에서 분산 가능성의 한계를 탐색하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 조건에서 Petri 넷의 동기적 상호작용이 분산 비동기 환경에서 충실하게 실현될 수 있는가?
• RQ2 Petri 넷의 어떤 구조적 성질이 동시성 손실 없이 분산을 방해하거나 가능하게 하는가?
• RQ3 다른 행동 동치성(예: 스텝 준비 대비 순차적)이 분산 가능한 넷의 특성화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 라벨이 부여된 넷이나 선형 시간 의미론이 允가되면 모든 Petri 넷을 비동기적으로 실현할 수 있는가?
• RQ5 글로벌 선택 처리가 분산 시스템에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 이를 Petri 넷을 사용하여 어떻게 모델링할 수 있는가?

주요 결과

• Petri 넷이 완전히 도달 가능한 볼 수 있는 순수 마킹을 포함하지 않는 한, 동시성 제약 없이 분산 방식으로 실현될 수 있다.
• 완전히 도달 가능한 볼 수 있는 순수 마킹의 존재는 주어진 의미론 하에서 분산 구현이 불가능한 데 있어 충분하고 필수 조건이다.
• 논문은 분산 가정에 따라 비동기 Petri 넷 클래스의 계층을 수립하였으며, 더 엄격한 조건은 더 작고 제약이 많은 클래스를 낳는다.
• 이 접근법은 행동 동치성만이 아니라 반구조적 넷 성질이 분산 가능성을 결정짓는 핵심 요소임을 규명한다.
• 결과적으로 동기 통신은 비동기적으로 시뮬레이션될 수 있지만, 구조적 제약 조건을 충족하지 않으면 모든 동시성 특성은 유지되지 않을 수 있음을 보여준다.
• 이 프레임워크는 비동기적으로 실현 가능한 넷의 특성화를 가능하게 하며, 라벨이 부여된 넷이나 선형 시간 의미론이 현재의 한계를 초월하여 분산 가능한 넷의 범위를 확장시킬 수 있음을 시사한다.