6.10 Semantics of fault-tolerant gr

6.10 Semantics of fault-tolerant group communication

A failure-free system can be assumed only in an ideal world. When a system component fails in the midst of the multicast operation, which is a non-atomic operation that spans across time and across multiple links and nodes, the behavior of a multicast protocol must adhere to a well-defined specification, and, correspondingly, the protocol must ensure that the specification under the failure mode is also implemented. This enables well-defined actions during recovery after the failure. This section is based on the results of Hadzilacos and Toueg [15]. Questions such as the following need to be addressed:
• For a multicast, if one correct process delivers the message M, what can be said about the other correct processes and faulty processes that also deliver M?
• For a multicast, if one faulty process delivers the message M, what can
be said about the other correct processes and faulty processes that also deliver M?
• For causal or total order multicast, if one correct or faulty process delivers
M, what can be said about other correct processes and faulty processes that also deliver M?
There are two broad flavors of the specifications. In the regular flavor, there are no conditions on the messages delivered to faulty processors (because they are faulty). However, assuming the benign failure model, under some conditions, it may be useful to specify and control the behavior of such faulty processes also. Therefore, the second flavor of specifications, termed as the uniform specifications, also states the expected behavior of faulty processes. In the following description of the specifications [15], the regular flavor and the uniform flavor are stated. To parse for the regular flavor, the parenthesized words should be omitted. To parse for the uniform flavor, the italicized and parenthesized modifiers to the definitions of the regular flavor are included.
(Uniform) Reliable multicast of M.
Validity If a correct process multicasts M, then all correct processes will eventually deliver M.
(Uniform) agreement If a correct (or faulty) process delivers M, then all correct processes will eventually deliver M.
(Uniform) integrity Every correct (or faulty) process delivers M at most once, and only if M was previously multicast by sender(M).
The validity property states that once the multicast is initiated by a correct process, it will go to completion. The agreement property states that all correct processes get the same view of a message, irrespective of whether a correct process or a faulty process broadcasts it. The integrity property states that correct processes have non-duplicate delivery of messages, and that they



are not delivered spurious messages. While the regular agreement property permits a faulty process to deliver a message that is never delivered to any correct process, this undesirable behavior can be problematic in applications such as atomic commit in database protocols, and is explicitly ruled out by uniform agreement. While the regular Integrity property permits a faulty process to deliver a message multiple times, and to deliver a message that was never sent, this behavior is explicitly ruled out by uniform integrity.
The orderings FIFO order, causal order, and total order are now defined for multicasts, in both the regular and uniform flavors. The uniform flavor requires that even faulty processes do not violate the ordering properties. These def- initions of the regular and uniform flavors are superimposed on the basic definition of a (uniform) reliable multicast, given above. The regular flavor and the uniform flavor of each definition is read using the semantics above for parsing the corresponding flavors of multicast. In these definitions which deal with the relative order of messages, it is important that the multicast groups are identical, in which case the messages get broadcast within the common group.

(Uniform) FIFO order If a process broadcasts M before it broadcasts Mr, then no correct (or faulty) process delivers Mr unless it previously delivered M.
(Uniform) causal order If M is broadcast causally before Mr is broad-
cast, then no correct (or faulty) process delivers Mr unless it previously delivered M.
(Uniform) total order If correct (or faulty) processes a and b both deliver M and Mr, then a delivers M before Mr if and only if b delivers M before Mr.

It is time to remember the folklore result that any protocol or implemen- tation that deals with fault-tolerance incurs a greater cost than what it would in a failure-free environment. In some case, this extra cost can be substantial. Nevertheless, it is important to formally specify the behavior in the face of faults, and to provide the implementations that can realize such behavior. We will not deal with implementations of the above fault-tolerant specifications of multicasts.
Excessive delay in delivering a multicast message can also be viewed as a fault. Applications with real-time constraints require that if a message is delivered, it should be within a bounded period A, termed the latency, after it was multicast. This specification can be based on either a global observer’s notion of time, or the local time at each process, leading to real-time A- timeliness and local-time A-timeliness, respectively:

(Uniform) real-time A-timeliness For some known constant A, if M is multicast at real-time t, then no correct (or faulty) process delivers M
after real-time t + A.



(Uniform) local A-timeliness For some known constant A, if M is mul- ticast at local time tm, then no correct (or faulty) process i delivers M
after its local time tm + A on i’s clock.
Specifying local-time A-timeliness requires care because the local clocks at processes can vary. It is assumed that the sender timestamps the message
multicast with its local time tm, and any receiver should receive the message within tm + A on its local clock. The efficacy of this specification depends
on how closely the local clocks are synchronized. A protocol to synchronize physical clocks was studied in Chapter3.

Kết quả (Việt) 2:

6.10 Semantics của tập đoàn truyền thông chịu lỗi Một lỗi hệ thống miễn phí có thể được giả định chỉ trong một thế giới lý tưởng. Khi một thành phần hệ thống không ở giữa các hoạt động multicast, mà là một hoạt động không nguyên tử mà kéo dài qua thời gian và qua nhiều liên kết và các nút, các hành vi của một giao thức multicast phải tuân theo một đặc điểm kỹ thuật được xác định rõ, và, tương ứng, các giao thức phải đảm bảo rằng các đặc điểm kỹ thuật theo phương thức thất bại cũng được thực hiện. Điều này cho phép các hành động được xác định trong quá trình phục hồi sau khi thất bại. Phần này được dựa trên kết quả của Hadzilacos và Toueg [15]. Những câu hỏi như sự cần thiết sau đây để được giải quyết:? • Đối với một multicast, nếu một quá trình chính xác mang thông điệp M, những gì có thể nói về các quá trình chính xác khác và quá trình bị lỗi đó cũng cung cấp M • Đối với một multicast, nếu một quá trình bị lỗi truyền tải thông điệp M, những gì có thể nói về các quá trình khác chính xác và quá trình bị lỗi đó cũng cung cấp M? • Đối với nhân quả hoặc tổng multicast thứ tự, nếu một quá trình chính xác hoặc bị lỗi mang M, những gì có thể nói về các quá trình chính xác khác và quá trình bị lỗi mà còn cung cấp M? Có hai mùi vị rộng của các thông số kỹ thuật. Trong hương vị thường xuyên, không có điều kiện vào các thông điệp truyền đến bộ xử lý bị lỗi (vì họ đang bị lỗi). Tuy nhiên, giả sử các mô hình thất bại lành tính, theo một số điều kiện, nó có thể hữu ích để xác định và kiểm soát hành vi của các quá trình bị lỗi như vậy cũng có. Do đó, hương vị thứ hai của thông số kỹ thuật, được gọi là các thông số kỹ thuật thống nhất, cũng tuyên bố các hành vi dự kiến của các quá trình bị lỗi. Trong các mô tả sau đây của các thông số kỹ thuật [15], các hương vị thường xuyên và các hương vị thống nhất được ghi nhận. Để phân tích cú pháp cho các hương vị thường xuyên, các từ trong ngoặc đơn nên bỏ qua. Để phân tích cú pháp cho các hương vị thống nhất, các bổ in nghiêng và parenthesized các định nghĩa về các hương vị thường xuyên được bao gồm. (Uniform) multicast đáng tin cậy của M. Hiệu lực Nếu một quá trình multicast đúng M, sau đó tất cả các quá trình chính xác cuối cùng sẽ cung cấp M. (Uniform) thỏa thuận Nếu một quá trình chính xác (hoặc bị lỗi) mang M, sau đó tất cả các quá trình chính xác cuối cùng sẽ cung cấp M. (Uniform) vẹn Mỗi quá trình chính xác (hoặc bị lỗi) mang M nhất là một lần, và chỉ khi M trước đây được multicast bởi người gửi (M) . Các tài sản có giá trị khẳng định rằng một khi multicast được khởi xướng bởi một quá trình chính xác, nó sẽ đi đến kết thúc. Các tài sản thỏa thuận rằng tất cả các quá trình xác nhận quan điểm tương tự của một tin nhắn, không phân biệt một quá trình chính xác hoặc một quá trình bị lỗi chương trình phát sóng nó. Thuộc tính toàn vẹn cho rằng quy trình đúng phải không trùng lặp phối các tin nhắn, và rằng họ không được giao các thông điệp giả mạo. Trong khi tài sản thỏa thuận thông thường cho phép một quá trình bị lỗi để cung cấp một thông điệp rằng không bao giờ được giao cho bất kỳ quá trình chính xác, hành vi không mong muốn này có thể có vấn đề trong các ứng dụng như nguyên tử cam kết trong các giao thức cơ sở dữ liệu, và được một cách rõ ràng bằng cách loại trừ thỏa thuận thống nhất. Trong khi tài sản Liêm thường xuyên cho phép một quá trình bị lỗi để cung cấp một thông điệp nhiều lần, và để cung cấp một thông điệp rằng không bao giờ được gửi đi, hành vi này được một cách rõ ràng loại trừ bằng cách tích hợp thống nhất. Các orderings để FIFO, trật tự nhân quả, và tổng số đơn đặt hàng đang được xác định cho multicast, trong cả những hương vị thường xuyên và đồng bộ. Các hương vị thống nhất đòi hỏi rằng ngay cả các quá trình bị lỗi không vi phạm các tính chất đặt hàng. Những initions def- của hương vị thường xuyên và đồng phục được chồng lên trên các định nghĩa cơ bản của một (thống nhất) multicast đáng tin cậy, được đưa ra ở trên. Các hương vị thường xuyên và các hương vị thống nhất của từng định nghĩa được đọc bằng cách sử dụng ngữ nghĩa ở trên để phân tích những hương vị tương ứng của multicast. Trong những định nghĩa mà đối phó với thứ tự tương đối của thông điệp, điều quan trọng là các nhóm multicast là giống hệt nhau, trong trường hợp các thông điệp được phát sóng trong nhóm phổ biến. (Uniform) để FIFO Nếu một quá trình phát sóng M trước khi nó phát ông, sau đó không đúng quy trình (hoặc bị lỗi) mang ông trừ khi trước đó giao M. (Uniform) để quan hệ nhân quả Nếu M được phát sóng duyên trước khi ông là hợp đài truyền hình diễn viên, sau đó không đúng quy trình (hoặc bị lỗi) mang ông trừ khi trước đó giao M. (Uniform ) tổng số thứ tự Nếu đúng (hoặc bị lỗi) xử lý a và b đều cung cấp M và ông, sau đó một cung M trước khi ông khi và chỉ khi b mang M trước khi ông Đó là thời gian để nhớ kết quả văn hóa dân gian mà bất kỳ giao thức hoặc tation implemen- giao dịch với khả năng chịu sai phải gánh chịu một chi phí lớn hơn so với những gì nó sẽ ở một môi trường không miễn phí. Trong một số trường hợp, có thêm chi phí này có thể là đáng kể. Tuy nhiên, điều quan trọng là để chính thức chỉ định các hành vi trong những khuôn mặt của các đứt gãy, và để cung cấp những hiện thực mà có thể nhận ra hành vi như vậy. Chúng tôi sẽ không đối phó với hiện thực của các thông số kỹ thuật chịu lỗi trên của multicast. Chậm trễ quá mức trong việc cung cấp một thông điệp multicast cũng có thể được xem như là lỗi. Các ứng dụng với các ràng buộc thời gian thực đòi hỏi rằng nếu một tin nhắn được chuyển, nó phải được trong một khoảng thời gian bị chặn A, gọi là độ trễ, sau đó là multicast. Đặc điểm kỹ thuật này có thể dựa trên một trong hai quan niệm một người quan sát toàn cầu của thời gian, hoặc thời gian địa phương tại mỗi quá trình, dẫn đến thời gian thực A- kịp thời và địa phương thời gian A-kịp thời, tương ứng: (Uniform) thời gian thực A-kịp thời Đối với một số được biết đến liên tục A, nếu M là multicast ở thời gian thực t, sau đó không đúng quy trình (hoặc bị lỗi) mang M sau thời gian thực t + A. (Uniform) địa phương A-kịp thời Đối với một số tiếng liên tục A, nếu M là mul - ticast lúc tm địa phương, sau đó không đúng quy trình (hoặc bị lỗi) i mang M. sau thời gian tm địa phương + A trên i của đồng hồ Xác định địa phương thời gian A-kịp thời đòi hỏi phải chăm sóc vì các đồng hồ địa phương tại các quá trình có thể thay đổi. Người ta cho rằng người gửi timestamps thông điệp multicast với thời gian tm địa phương của nó, và bất kỳ người nhận sẽ nhận được các tin nhắn trong tm + A trên đồng hồ địa phương của mình. Hiệu quả của đặc điểm kỹ thuật này phụ thuộc vào cách chặt chẽ các đồng hồ địa phương được đồng bộ hóa. Một giao thức để đồng bộ hóa đồng hồ vật lý đã được nghiên cứu trong Chapter3.