[论文解读] Monitoring Distributed Component-Based Systems

Hosein Nazarpour, Ylìès Falcone+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2017

Distributed systems and fault tolerance参考文献 79被引用 11

一句话总结

本文提出了一种针对具有多方交互的分布式组件化系统的新颖在线监控方法，通过集中式观察器利用动态计算格从本地观察到的部分轨迹中重构兼容的全局轨迹，以验证线性时序逻辑（LTL）中的全局性质。实验表明，该方法在事件数量增加的情况下仍能保持低监控开销和格结构大小的稳定性，所采用的RVDIST原型工具验证了其有效性。

ABSTRACT

This paper addresses the online monitoring of distributed component-based systems with multi-party interactions against user-provided properties expressed in linear-temporal logic and referring to global states. We consider intrinsically independent components whose interactions are partitioned on distributed controllers. In this context, the problem that arises is that a global state of the system is not available to the monitor. Instead, we attach local controllers to schedulers to retrieve the concurrent local traces. Local traces are sent to a global observer which reconstructs the set of global traces that are compatible with the local ones, in a concurrency-preserving fashion. In this context, the reconstruction of the global traces is done on-the-fly using a lattice of partial states encoding the global traces compatible with the locally-observed traces. We implemented our monitoring approach in a prototype tool called RVDIST. RVDIST executes in parallel with the distributed model and takes as input the events generated from each scheduler and outputs the evaluated computation lattice. Our experiments show that, thanks to the optimisation applied in the online monitoring algorithm, i) the size of the constructed computation lattice is insensitive to the the number of received events, (ii) the lattice size is kept reasonable and (iii) the overhead of the monitoring process is cheap.

研究动机与目标

• 实现对具有多方交互的分布式组件化系统（CBSs）中全局状态性质的运行时验证。
• 解决由于分布式执行和缺乏全局同步，导致全局系统状态不可直接观测时验证LTL性质的挑战。
• 设计一种高效、集中的监控框架，以保持并发性的方式从本地部分轨迹中重构兼容的全局轨迹。
• 在事件输入不断增加的情况下，最小化监控开销并保持计算格大小的可管理性。

提出的方法

• 对分布式CBS进行增强，使每个调度器生成事件，捕获组件状态的本地部分轨迹。
• 使用集中式观察器收集所有调度器的本地事件序列。
• 构建一个动态计算格，编码所有与本地观察事件兼容的部分轨迹，同时保持并发性。
• 在每个格节点上维护一组LTL公式，这些公式沿从根节点到该节点的所有路径进行评估。
• 通过在前沿节点上评估公式，实现在线LTL监控，以表示所有兼容全局轨迹的当前状态。
• 应用优化技术，确保格大小对所接收事件数量不敏感。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全局状态不可直接观测的分布式组件化系统中，如何监控全局LTL性质？
• RQ2 如何高效且可扩展地从分布式、部分有序的本地观测中重构兼容的全局轨迹？
• RQ3 如何优化监控过程，以在高事件量下仍保持格大小和计算开销的低水平？
• RQ4 集中式观察器能否有效维持与本地观测一致的所有可能全局执行的紧凑表示？

主要发现

• 所构建的计算格大小对所接收事件数量不敏感，确保了可扩展性。
• 由于在线监控算法中有效的优化，格大小保持在合理范围内。
• 监控过程引入的计算开销较低，适用于实时部署。
• 原型工具RVDIST成功实现了该监控方法，并在实验工作负载上展示了其高效性。