Redução do custo da durabilidade em Replicação Máquina de Estados através de checkpoints particionados

• Autor(a) principal: Gomes Junior, Everaldo de Avila
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/9935
• topic: Tolerância a falhas; Replicação; Recuperação; Checkpointing; Fault tolerance; Replication; Recovery

Replicação é uma técnica comumente utilizada para implementação de serviços tolerantes a falhas. Ao ser replicado, o serviço se mantém operando corretamente apesar da falha de uma quantidade limitada de réplicas. Para aumentar a disponibilidade, estratégias de recuperação se fazem necessárias, desta forma réplicas extras podem ser adicionadas durante a execução do serviço. Replicação Máquina de Estados (RME) é um tipo de replicação bastante difundido para implementação de sistemas tolerantes a falhas. Em RME, todas as réplicas partem de um mesmo estado inicial e executam a mesma sequência determinística de comandos. Desta forma, as réplicas transitam pela mesma sequência de estados e produzem exatamente as mesmas respostas para cada requisição. Para garantir que réplicas faltosas recuperem-se ou novas réplicas sejam adicionadas ao sistema, estratégias de durabilidade como logging, checkpointing e transferência de estados devem ser implementadas nas réplicas do serviço. Enquanto processam as requisições, as réplicas registram os comandos executados em um log em armazenamento persistente, permitindo que réplicas faltosas obtenham uma sequência de comandos já executada. Para evitar que o log cresça indefinidamente, réplicas salvam periodicamente seus estados em armazenamento persistente (checkpoint) e removem do log os comandos cujas alterações estão refletidas no checkpoint. Apesar de melhorarem a disponibilidade, estratégias de durabilidade degradam a performance do serviço. Técnicas tradicionais de checkpointing exigem que a execução de novas requisições seja interrompida enquanto o estado é salvo. Esta sincronização é necessária para garantir consistência, porém a vazão do serviço é reduzida e a latência de resposta aumenta. Neste trabalho é proposta uma estratégia que reduz a degradação do desempenho causada por checkpointing com base no particionamento do estado da aplicação. É apresentado um algoritmo onde diferentes threads de execução realizam checkpointing de determinadas partições em diferentes instantes de tempo. Desta maneira, durante o salvamento de estado, são impedidos de executar somente os comandos que operam sobre a partição que encontra-se em checkpointing. Requisições sobre as demais partições podem ser executadas normalmente. Através desta abordagem foi possível obter melhor desempenho durante a execução do serviço. A nova estratégia apresentou melhores resultados na vazão do serviço. Ainda, foi possível observar que a latência de resposta para as requisições realizadas durante a realização de checkpoints foi consideravelmente menor. A nova abordagem apresentou menor tempo necessário para recuperação do sistema.