22761

ارائه ي يك سازوكار نامتمركز مبتنى بر پروتكل اجماع رافت براي دسترس پذيري بالاي حافظه هاي توزيعى

كارشناسي ارشد

نرم‌افزار

1399/8/26

دكتر محسن شريفي

كامپيوتر

سامانه هاي حافظه ي توزيعي از سازوكار هاي همانندسازي اجزاء محاسباتي و تكرار داده ها به جهت استمرار فعاليت هاي خود بهنگام مواجه با خطا بهره مي برند. جهت سازگاري داده هاي همانندسازي شده وجود الگوريتم هايي براي دستيابي به اجماع ضروري است. الگوريتم رافت يكي از الگوريتم هاي معروف اجماع توزيعي است كه فرايند اجماع را به رهبري يك گره واحد در سامانه هدايت مي نمايد. تمركز فعاليت هاي الگوريتم اجماع رافت بر روي يك گره رهبر موجب محدوديت ميزان دسترس پذيري به حافظه ي توزيعي شده است. در اين پايان نامه به جهت بهبود دسترس پذيري سامانه هاي حافظه ي توزيعي، سازوكاري با هدف توزيع بخشي از فعاليت هاي اجماع رافت بر روي ساير گره هاي سامانه ارائه شده است. فعاليت هاي سامانه ي حافظه ي توزيعي در اين پايان نامه تنها به ارسال و دريافت درخواست هاي نوشتن و خواندن محدود است. درخواست نوشتن به سامانه ي مبتني بر الگوريتم رافت به صورت پخش سراسري ارسال خواهد شد. اگر سرويس دهنده اي كه دريافت كننده درخواست است گره رهبر نباشد، گره رهبر را به درخواست دهنده معرفي مي‌نمايد تا از اين پس گره مذكور با درخواست دهنده ارتباط مستقيم داشته باشد. سازوكار پيشنهادي در اين الگوريتم پس از دريافت درخواست هاي نوشتن در سامانه به صورت تصادفي به توزيع اين درخواست ها بين رهبر و ساير سرويس دهندگان مي پردازد. درصورتي كه دريافت كننده ي درخواست گره رهبر نباشد، مي تواند با پخش درخواست به ساير سرويس دهندگان، بخشي از فعاليت هاي رهبر را قبل از دستيابي به اجماع كاهش دهد. اين سازوكار در الگوريتم رافت، منجر به كاهش توزيع تأخير و كاهش زمان پاسخ سرويس دهندگان و در نهايت موجب افزايش دسترس پذيري سامانه ها ي توزيعي مبتني بر الگوريتم اجماع رافت است. سامانه ي همانندسازي شده ي توزيعي مبتني بر الگوريتم رافت در برابر خطا هاي بيزانسي كه باعث بروز رفتارخودسرانه در فعاليت سرويس دهندگان سامانه مي باشد، تحمل‌پذيري اشكال ندارد. سازوكار پيشنهادي در حافظه ي اي تي سي دي كه حافظه ي توزيعي مبتني بر الگوريتم رافت در سكوي كوبرنيتيز مي باشد، در شرايط غيربيزانسي پياده سازي شده است. دسترس پذيري پياده سازي سازوكار پيشنهادي در اي تي سي دي نسبت به دسترس پذيري الگوريتم رافت 45% بهبود داشته است. با در نظر گرفتن شرايط بيزانسي، بهبود دسترس پذيري الگوريتم رافت با سازوكار پيشنهادي در حالي كه بخشي از وظايف گره رهبر توسط ساير سرويس دهندگان انجام مي پذيرد، از مسائل باز براي پژوهش در اين حوزه است.

1399/09/12

A Raft-Based Decentral Consensus Mechanism for High Availability of Distributed Storages

11/17/2021 12:00:00 AM

Distributed Storage systems utilize computational component replication and data replication mechanisms to continue their activities in the event of an error. Algorithms for achieving consensus are essential for consistency of replicated data. The Raft algorithm is one of the well-known distributed consensus algorithms that guides the consensus process by leading a single node in the system. The focus of Raft Consensus algorithm activities on a leader node has limited the availability of distributed storage. In this dissertation, in order to improve the accessibility of distributed storage systems, a mechanism with the aim of distributing part of the Raft consensus activities on other nodes of the system is presented. The activities of the distributed storage system in this dissertation are limited to sending and receiving read and write requests. The write request will be broadcast to a system based on the Raft algorithm. If the server receiving the request is not the leader node, it introduces the leader node to the requester so that the node can now communicate directly with the requester. The proposed mechanism in this algorithm, after receiving the write requests in the system, randomly distributes these requests between the leader and other servers. If the recipient of the request is not the leader node, it can reduce some of the leader's activities before reaching a consensus by distributing the request to other servers. This mechanism in the Raft algorithm reduces the latency distribution and reduces the response time of servers and ultimately increases the availability of distributed systems based on the Raft consensus algorithm. Distributed replicated system based on Raft algorithm does not have fault tolerance against Byzantine errors that cause arbitrary behavior in the activity of system servers. The proposed mechanism in etcd, which is distributed storage based on the Raft algorithm on the Kubernetes platform, has been implemented in non-Byzantine conditions. Availability Implementation of the proposed mechanism in the etcd has improved by 45% compared to the availability of the Raft algorithm. Given the Byzantine conditions, improving the accessibility of the Raft algorithm with the proposed mechanism while part of the leader node tasks is performed by other servers is one of the open issues for research in this field.

اجماع , الگوريتم رافت , دسترس پذيري , كوبرنيتيز , اي تي سي دي