容错服务中组通信的研究与实现

论文题目: 容错服务中组通信的研究与实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 马介悦

导师: 汪芸

关键词: 组通信,容错,一致性协议,成员管理协议,算法

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着人们对软件可靠性、安全性的要求越来越高,如何在部分失效的情况下保证整个系统的正常运行成为了设计高性能、高可靠性软件系统的重要一环。分布式系统是屏蔽某些系统错误和使得系统具有良好伸缩性的有效方法之一。理论上,在异步系统中,由于不能准确区分运行过慢的进程和出错的进程,因此分布式系统中进程状态的一致性问题是一个不可解问题,而如何设计异步系统中的一致性协议是目前分布计算领域的研究热点。组通信是实现组内各成员之间通信的一种方法,面向容错服务的组通信的核心就是实现组成员通信的一致性。本论文描述和分析了组通信系统的体系结构,指出组通信系统的两大组成部分是消息顺序管理和组成员管理。为了屏蔽进程崩溃和消息丢失错误,本论文提出了一种基于逻辑令牌的一致性算法,在配备有满足P性质的失效检测器的系统中,该算法通过逻辑令牌在组中的轮转,使得组成员全序地接受消息。进一步地,通过改进上述协议,在配备有满足S性质的失败检测器的系统中,组成员也能全序地接受消息。本论文对该算法与经典的Chandra&Toueg算法进行了比较,并且提出了针对组中成员的加入、退出,以及组之间合并、分割的组管理算法。最后,本论文从理论上进行了以太网环境下请求延迟和系统可靠性的计算。本论文实现了基于逻辑环一致性协议的原型系统,并对该原型系统进行了安全方面的扩展,通过使用数字签名来增加消息的可验证性和完整性,从而一定程度上解决了网络中消息被伪造或是篡改的问题。原型系统的测试表明,在局域网环境下,一致性协议所带来的响应延迟不超过20毫秒,而增加了数字签名的操作之后,其延迟不超过40毫秒。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章研究背景

1.1 组通信简介

1.2 面向容错服务的组通信的研究背景

1.3 本论文的难点和贡献

1.4 本论文的结构

第二章容错系统中的组通信模型

2.1 同步系统与异步系统

2.2 组通信系统的错误模型

2.3 组通信系统的语义规范

2.4 组通信系统的体系结构

2.5 容错服务中的组通信系统模型

2.6 失效检测器

第三章基于逻辑环的一致性协议

3.1 协议模型

3.2 基本的逻辑环一致性协议

3.2.1 协议描述

3.2.2 基本协议的正确性证明

3.3 改进的逻辑环一致性协议

3.3.1 改进协议的描述

3.3.2 改进协议的正确性证明

3.4 改进的逻辑环一致性算法与Chandra&Toueg 算法的比较

3.5 逻辑环一致性算法的理论分析

3.5.1 不同准确概率的失效检测器对逻辑环可靠性的影响

3.5.2 请求消息的处理延迟的初步计算

3.5.3 基于以太网环境下的请求延迟与系统可靠性分析

第四章基于逻辑环的组管理协议

4.1 新成员加入协议

4.2 成员退出协议

4.2.1 成员主动退出协议

4.2.2 成员被动退出协议

4.3 组合并协议

4.4 组分割协议

第五章组通信系统的实现与测试

5.1 基于逻辑环的容错系统的原型实现

5.1.1 通信类CommunicateMgr 的实现

5.1.2 链表类的实现

5.1.3 失效检测器类FailureDetector 的实现

5.1.4 组成员管理类MembershipMgr 的实现

5.1.5 投票类Consensus 的实现

5.1.6 原型系统的UML 描述

5.2 逻辑环一致性协议原型系统的安全性扩展

5.2.1 安全组通信系统

5.2.2 数字签名的产生和验证

5.3 组通信系统的性能测试

5.3.1 不同组成员数和不同请求发送间隔条件下的延迟比较

5.3.2 不同原型系统所带来的中间件延迟的比较

第六章总结与展望

6.1 论文总结

6.2 未来的工作

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间发表论文清单

发布时间: 2007-06-11

参考文献

[1].CCIPS的分布实时容错一体化研究[D]. 冯力刚.长沙理工大学2005
[2].Linux下RIS准确性和容错性的改进[D]. 林俊.大连海事大学2007
[3].高可信嵌入式计算机系统的安全性与易用性设计[D]. 李璟.哈尔滨工业大学2011
[4].基于容错软件总线的报单处理系统的设计与实现[D]. 王赛锋.浙江大学2008

容错服务中组通信的研究与实现

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