Counting, clocking, and colouring - Fault-tolerant distributed coordination

Julkaisun otsikon käännös: Laskureita, kellotusta ja väritystä: Vikasietoinen hajautettu koordinointi

Joel Rybicki

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä väitöstyö tutkii vikasietoisia algoritmeja koordinointi- ja ajastusongelmiin hajautetuissa järjestelmissä. Hajautetut järjestelmät koostuvat itsenäisistä laskentayksiköistä eli solmuista, joiden tavoite on suorittaa jokin tehtävä yhdessä. Esimerkkejä tälläisistä järjestelmistä ovat niin tietokone- ja viestintäverkot kuin erilaiset digitaalipiirit. Näissä järjestelmissä erityisesti solmujen tahdistus on tärkeää, jotta solmujen toiminnot suoritetaan oikeassa järjestyksessä. Hajautetut järjestelmät ovat usein alttiita vikatiloille, jotka voivat johtua ulkoisista tai sisäisistä häiriöistä. Häiriöiden johdosta järjestelmä voi hetkellisesti lakata toimimasta oikein, joutua sisäisesti ristiriitaiseen tilaan tai jopa osittain vaurioitua pysyvästi. Erityisesti vikatilanteissa solmut voivat ajautua epätahtiin aiheuttaen ongelmia toimintojen koordinoinnissa. Tässä työssä esitetään hajautettuja tahdistus- ja ajastusalgoritmeja, jotka toipuvat virhetilanteista tehokkaasti. Työn ensimmäisessä osassa tarkastellaan itsestabiloivia algoritmeja, jotka sietävät bysanttilaisia vikoja. Tämä tarkoittaa, että järjestelmän alkutila on mielivaltainen ja suuri osa solmuista voi olla pysyvästi viallisia. Vialliset solmut voivat poiketa määritellystä protokollasta mielivaltaisella tavalla sekä lähettää epäkonsistenttia ja väärää informaatiota muille järjestelmän solmuille. Tämän vahvan vikamallin puitteissa kehitämme synkronisia laskureita, jotka ovat eräs tapa muodostaa jaettu digitaalinen kello. Synkroninen laskuri takaa, että mikä tahansa onkaan järjestelmän alkutila ja miten tahansa vialliset solmut käyttäytyvät, lopulta kaikilla ehjillä solmuilla on yhtenäinen käsitys tasaisesti etenevän laskurin arvosta. Työssä esitellään menetelmiä nopeiden ja kommunikaatiotehokkaiden synkronisten laskurien suunnitteluun. Kehitämme deterministisiä laskureita, jotka stabiloituvat asymptoottisesti optimaalisessa ajassa sekä sietävät suurimman mahdollisen määrän viallisia solmuja. Aiempiin ratkaisuihin verrattuna työssä esitetyt algoritmit vaativat eksponentiaalisesti vähemmän bittejä solmun tilan ja lähetettyjen viestien koodaukseen, eikä algoritmien tarvitse turvautua satunnaisuuteen tai tinkiä vikasietoisuudesta. Työn toinen osa keskittyy laskennalliseen algoritmisuunnitteluun. Kehitämme tietokoneavusteisia menetelmiä, joilla voi automaattisesti konstruoida oikeellisia hajautettuja algoritmeja tai osoittaa, että halutunlaisia algoritmeja ei ole olemassa. Nämä menetelmät soveltuvat erityisesti vikasietoisten järjestelmien suunnitteluun, sillä oikeellisten algoritmien kehittäminen vahvoissa vikamalleissa on usein vaikeaa. Esitämme kuinka hyödyntää propositiologiikan toteutuvuusratkaisimia tilaoptimaalisten laskurien tuottamiseen sekä verkon värityksen tarkan aikavaativuuden laskemiseen.
Julkaisun otsikon käännösLaskureita, kellotusta ja väritystä: Vikasietoinen hajautettu koordinointi
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Suomela, Jukka, Vastuuprofessori
  • Suomela, Jukka, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7066-7
Sähköinen ISBN978-952-60-7065-0
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • hajautetut algoritmit
  • vikasietoisuus
  • synkronointi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Laskureita, kellotusta ja väritystä: Vikasietoinen hajautettu koordinointi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä