Tolerância a Falhas com Máquinas de Estado

Transcrição

1 Sistemas Distribuídos junho de 2013

2 Histórico Lamport,1984: Using time instead of timeout for fault tolerance in distributed systems Schneider, 1990: Implementing Fault-Tolerant Services using the State Machine Approach. ACM Computing Surveys, 22(4), The state machine approach is a general method for implementing fault-tolerant services in distributed systems. This paper reviews the approach and describes protocols for two different failure models-byzantine and fail stop. System reconfiguration techniques for removing faulty components and integrating repaired components are also discussed. Lamport, 1998: The Part-time Parliament (Paxos)... e muitos outros trabalhos

3 Introdução máquinas de estado método para implementação de serviços tolerantes a falhas com servidores replicados e interações de clientes coordenadas com as réplicas visão do sistema que permite atribuir semântica precisa a protocolos e comparar diversas propostas

4 Modelo de servidores replicados Servidores mantêm conjuntos de dados e processam requisições de clientes Um servidor processa uma requisição por vez 1 Cada servidor é uma máquina de estado 1 ou equivalente

5 máquinas de estado máquina de estado Saídas são completamente determinadas pela sequência de requisições processada, sem influência do tempo ou de outras atividades. requisições de clientes são tuplas da forma < sm.comando, argumentos > e respostas são retornadas como mensagens

6 Ordenação hipóteses sobre ordem: O1: requisições enviadas por um mesmo cliente a uma mesma máquina são processadas na ordem em que são emitidas; O2: se requisição r enviada por cliente c à máquina de estado sm é potencialmente causa de cliente c 1 fazer requisição r 1 a sm, então sm processa r antes de processar r 1.

7 Tolerância a Falhas falhas: bizantinas: componente pode exibir falha arbitrária a fail-stop: falhas fazem componentes entrar em estado detectável por pares a relação com bugs e segurança medidas de tolerância a falhas: MTBF (tempo médio entre falhas) t-tolerância a falhas (probabilidade que existam t ou mais falhas durante determinado intervalo de tempo)

8 Máquinas de estado tolerantes a falhas versão t-tolerante a falhas: réplicas de máquina de estado começam no mesmo estado inicial e executam requisições de clientes variados na mesma ordem a quantas réplicas? falhas fail-stop: t + 1 falhas bizantinas: 2t + 1 a pode ser relaxado para requisições comutativas

9 Máquinas de estado tolerantes a falhas coordenação de réplicas: todas as réplicas devem receber e processar o mesmo número de requisições acordo: toda máquina de estados correta recebe todas as requisições a ordem: toda máquina de estados correta deve processar as requisições recebidas na mesma ordem relativa b a interação entre cliente e réplicas b interação entre uma réplica, clientes e demais réplicas

10 Máquinas de estado tolerantes a falhas coordenação de réplicas: simplificações acordo: se falhas são fail-stop e requisição é de leitura, uma requisição pode alcançar apenas uma réplica correta ordem: pode ser relaxada para requisições comutativas

11 Acordo implementação uso de um processo escolhido como transmissor a : a pode ser o processo origem 1 Todas as réplicas corretas devem concordar sobre um valor 2 Se o transmissor está correto, o valor que ele transmite será o valor acordado protocolos bizantinos ou protocolos de acordo ou protocolos de broadcast confiável implementam essas condições

12 Ordem implementação normalmente supõe protocolo de numeração de requisições (identificador único atribuído a cada requisição) esse protocolo tem que respeitar precedência causal conceito de requsição estável Uma requisição é dita estável na máquina sm se não pode chegar requisição alguma em sm com identificador menor implementação de ordem: A cada momento, cada réplica processa a requisição estável com menor identificador único

13 impossibilidade: definição: não é possível implementar teste de estabilidade em sistemas com falhas bizantinas e atrasos ilimitados em entregas ou processamentos...

14 Uso de relógios lógicos: timestamps baseados em relógios lógicos podem ser usados para atribuir identificadores identificador de réplica pode ser usado para desempate sequenciadores em mensagens entre 2 processos podem implementar canais FIFO teste de estabilidade para tolerância a falhas fail-stop cada cliente periodicamente faz alguma requisição (possivelmente vazia) à máquina de estados uma requisição fica estável na réplica sm i se uma requisição com timestamp superior já foi recebida por sm i de cada cliente em funcionamento