Replicação máquina de estados paralela com escalonamento híbrido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Burgos, Aldênio de Vilaça
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/42576
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2021.
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spelling Replicação máquina de estados paralela com escalonamento híbridoReplicação máquina de estados paralelaReplicação máquina de estadosBlockchainDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2021.A crescente demanda por aplicações confiáveis e com tempos de resposta cada vez mais baixos vem estimulando as pesquisas sobre o desempenho de serviços tolerantes a falhas há vários anos. Sabemos que projetar aplicações que toleram falhas é fundamental, mas não é suficiente. Uma aplicação confiável cujo tempo de resposta ultrapasse a tolerância (cada vez mais curta) de seus clientes pode ser tão destrutiva para os negócios quanto uma aplicação não confiável. A técnica de Replicação Máquina de Estados (RME), lançada em 1990 e utilizada na implementação de serviços confiáveis, trás consigo um efeito colateral. Em sua forma clássica, ela elimina qualquer tipo de concorrência ou paralelismo no atendimento das requisições dos clientes. Há anos que os principais fabricantes de microprocessadores têm procurado aumentar o desempenho de seus equipamentos, pelo aumento de sua capacidade de paralelismo, adi- cionando cada vez mais núcleos de processamento em suas arquiteturas multi-core. Por conseguinte, o comportamento sequencial da RME clássica tornou-se uma séria desvan- tagem. Isso abriu o caminho para um vasto esforço de pesquisa no sentido de aumentar o desempenho desses serviços replicados, e assim surgiu a Replicação Máquina de Es- tados Paralela (RMEP). A ideia principal desta abordagem é separar os comandos em conflitantes e não conflitantes, de forma a permitir que comandos não conflitantes sejam executados em paralelo. Dois comandos conflitam quando acessam uma mesma variável e pelo menos um deles altera o seu estado. Nas últimas duas décadas surgiram novas técnicas, algoritmos e estudos no sentido de aperfeiçoar a RMEP. Um aspecto fundamental destas soluções é como escalonar as requisições dos clientes de modo a permitir que uma parte delas seja executada em pa- ralelo nas réplicas do serviço. Neste contexto, esta dissertação de mestrado propõe uma abordagem de RMEP que utiliza um método de escalonamento híbrido, com o objetivo de aumentar o desempenho do sistema pelo aumento do seu paralelismo. O método desenvolvido é chamado híbrido pois deriva do aperfeiçoamento de uma combinação de dois proeminentes métodos de escalonamento para RMEP anteriores, o antecipado e o tardio. vi O primeiro tem um desempenho excelente com cargas de trabalho com predominância de comandos não conflitantes, porém esse desempenho cai abruptamente na medida que aumentamos a taxa de conflitos. Já o segundo, que supera o primeiro na medida que a taxa de conflitos cresce, tem em seu funcionamento um fator limitante do desempenho quando a taxa de conflitos é reduzida visto que utiliza um paralelizador único para gerenciar as dependências dos comandos. A abordagem híbrida proposta neste trabalho busca agrupar as vantagens de cada uma destas abordagens. Experimentos realizados mostram que a abordagem híbrida apresentou um desempenho superior aos de seus antecessores em diversas cargas de trabalho, além de eliminar as limitações anteriormente elencadas. Também foi realizado um estudo de caso sobre a aplicação de uma RMEP, com o método de escalonamento híbrido, em sistemas de Blockchain.The growing demand for reliable applications with ever lower response times has been driving research on the performance of fault-tolerant services for several years. We know that designing fault-tolerant applications is critical, but it is not enough. A trusted application whose response time exceeds the (ever-shorter) tolerance of its customers can be just as destructive to the business as an untrusted application. The State Machine Replication (SMR) technique, launched in 1990 and widely used in the implementation of reliable services, brings with it a side effect. In its classic form, it eliminates any kind of concurrency or parallelism in fulfilling customer requests. For years, the main microprocessor manufacturers have been looking to increase the performance of their equipment, by increasing their parallelism capacity, adding more and more cores to their multi-core architectures. That is, in an increasingly parallel world, the sequential behavior of classical SMR has become a serious disadvantage. This paved the way for a vast research effort to improve the performance of these replicated services, and thus came Parallel State Machine Replication (PSMR). In the last two decades, new techniques, algorithms and studies have emerged in or- der to improve PSMR. A key aspect of these solutions is how to schedule client requests in order to allow a part of them to be executed in parallel in the service’s replicas. In this context, this master’s dissertation proposes an PSMR approach that uses a hybrid scheduling method, with the objective of increasing the system performance by increas- ing its parallelism. The developed method is called hybrid because it derives from the improvement of a combination of two prominent scheduling methods for earlier PSMR, Early and Late. The former performs excellently with non-conflicting workloads, but this performance drops off sharply as we increase the conflict rate. 1 The second, which surpasses the first as the conflict rate grows,2 has a performance limiting factor in its operation when the conflict rate is reduced. We demonstrated in the tests carried out that the proposed approach performed better than its predecessors, in addition to eliminating its main limitations. 1The percentage of conflicts is inversely proportional to the opportunities for parallelism between operations. 2Up to a certain limit, as very high conflict rates indicate typically sequential workloads. viii A case study was also carried out on the application of an PSMR, with the proposed scheduling method, in Blockchain systems.Alchieri, Eduardo Adilio PelinsonBurgos, Aldênio de Vilaça2021-12-09T03:49:18Z2021-12-09T03:49:18Z2021-12-082021-09-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBURGOS, Aldênio de Vilaça. Replicação máquina de estados paralela com escalonamento híbrido. 2021. 84 f., il. Dissertação (Mestrado em Informática)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/42576A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-14T18:56:19Zoai:repositorio.unb.br:10482/42576Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-14T18:56:19Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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