This chapter introduces a collectio

This chapter introduces a collection of algorithms whose goals vary but that share an aim that is fundamental in distributed systems: for a set of processes to coordinate their actions or to agree on one or more values. For example, in the case of a complex piece of machinery such as a spaceship, it is essential that the computers controlling it agree on such conditions as whether the spaceship’s mission is proceeding or has been aborted. Furthermore, the computers must coordinate their actions correctly with respect to shared resources (the spaceship’s sensors and actuators). The computers must be able to do so even where there is no fixed master-slave relationship between the components (which would make coordination particularly simple). The reason for avoiding fixed master-slave relationships is that we often require our systems to keep working correctly even if failures occur, so we need to avoid single points of failure, such as fixed masters. An important distinction for us, as in Chapter 14, will be whether the distributed system under study is asynchronous or synchronous. In an asynchronous system we can make no timing assumptions. In a synchronous system, we shall assume that there are bounds on the maximum message transmission delay, on the time taken to execute each step of a process, and on clock drift rates. The synchronous assumptions allow us to use timeouts to detect process crashes. Another important aim of the chapter is to consider failures, and how to deal with them when designing algorithms. Section 2.4.2 introduced a failure model, which we shall use in this chapter. Coping with failures is a subtle business, so we begin by considering some algorithms that tolerate no failures and progress through benign failures before exploring how to tolerate arbitrary failures. Along the way, we encounter a fundamental result in the theory of distributed systems: even under surprisingly benign failure conditions, it is impossible to guarantee in an asynchronous system that a collection of processes can agree on a shared value – for example, for all of a spaceship’s controlling processes to agree ‘mission proceed’ or ‘mission abort’. Section 15.2 examines the problem of distributed mutual exclusion. This is the extension to distributed systems of the familiar problem of avoiding race conditions in kernels and multi-threaded applications. Since much of what occurs in distributed systems is resource sharing, this is an important problem to solve. Next, Section 15.3 introduces the related but more general issue of how to ‘elect’ one of a collection of processes to perform a special role. For example, in Chapter 14 we saw how processes synchronize their clocks to a designated time server. If this server fails and several surviving servers can fulfil that role, then for the sake of consistency it is necessary to choose just one server to take over. Coordination and agreement related to group communication is the subject of Section15.4. As Section 4.4.1 explained, the ability to multicast a message to a group is a very useful communication paradigm, with applications from locating resources to coordinating the updates to replicated data. Section 15.4 examines multicast reliability and ordering semantics, and gives algorithms to achieve the variations. Multicast delivery is essentially a problem of agreement between processes: the recipients agree on which messages they will receive, and in which order they will receive them. Section 15.5 discusses the problem of agreement more generally, primarily in the forms known as consensus and Byzantine agreement.

Kết quả (Việt) 1:

Chương này giới thiệu một tập hợp các thuật toán có mục tiêu khác nhau nhưng mà chia sẻ một mục đích đó là cơ bản trong hệ thống phân phối: cho một tập hợp các quá trình để phối hợp hành động của họ hoặc để đồng ý về một hoặc nhiều giá trị. Ví dụ, trong trường hợp của một đoạn phức tạp của các thiết bị như một tàu vũ trụ, nó là cần thiết rằng các máy tính kiểm soát nó đồng ý về điều kiện như vậy là cho dù nhiệm vụ của tàu vũ trụ là tiến hành hoặc đã được hủy bỏ. Hơn nữa, các máy tính phải phối hợp hành động của họ một cách chính xác đối với nguồn lực được chia sẻ (các tàu vũ trụ cảm biến và thiết bị thi hành). Các máy tính phải có khả năng làm như vậy ngay cả khi có không có mối quan hệ master-slave cố định giữa các thành phần (mà sẽ làm cho phối hợp đặc biệt đơn giản). Lý do tránh cố định master-slave mối quan hệ là chúng tôi thường yêu cầu hệ thống của chúng tôi để giữ cho hoạt động bình thường ngay cả khi thất bại xảy ra, do đó, chúng ta cần phải tránh đơn điểm của sự thất bại, chẳng hạn như thạc sĩ cố định. Một khác biệt quan trọng đối với chúng tôi, như trong chương 14, sẽ là cho dù hệ thống phân phối đang được nghiên cứu là đồng bộ hoặc không đồng bộ. Trong một hệ thống không đồng bộ, chúng tôi có thể làm cho không có giả định thời gian. Trong một hệ thống đồng bộ, chúng tôi sẽ giả định rằng không có giới hạn trên sự chậm trễ truyền thư tối đa, về thời gian thực hiện để thực hiện mỗi bước của quá trình một, và đồng hồ trôi dạt tỷ giá. Các giả định đồng bộ cho phép chúng tôi sử dụng timeout để phát hiện tiến trình bị đổ vỡ crash. Một mục tiêu quan trọng của chương là để xem xét thất bại, và làm thế nào để đối phó với họ khi thiết kế thuật toán. Phần 2.4.2 giới thiệu một mô hình thất bại, chúng tôi sẽ sử dụng trong chương này. Đối phó với sự thất bại là một doanh nghiệp tinh tế, do đó, chúng tôi bắt đầu bằng cách xem xét một số thuật toán mà chịu đựng không thất bại và tiến bộ thông qua lành tính thất bại trước khi khám phá làm thế nào để chịu đựng được bất kỳ thất bại. Trên đường đi, chúng tôi gặp phải một kết quả cơ bản trong lý thuyết của hệ thống phân phối: ngay cả trong điều kiện đáng ngạc nhiên lành tính thất bại, nó là không thể đảm bảo một hệ thống không đồng bộ một tập hợp các quá trình có thể đồng ý về một giá trị được chia sẻ-ví dụ, cho tất cả các quy trình kiểm soát một tàu vũ trụ để đồng ý 'nhiệm vụ tiến hành' hoặc 'nhiệm vụ bỏ qua'. Phần 15.2 kiểm tra vấn đề phân phối loại trừ lẫn nhau. Điều này là phần mở rộng để các hệ thống phân phối của vấn đề quen thuộc của tránh điều kiện chủng tộc trong hạt nhân và các ứng dụng đa luồng. Kể từ khi hầu hết những gì xảy ra trong hệ thống phân phối tài nguyên chia sẻ, đây là một vấn đề quan trọng để giải quyết. Tiếp theo, phần 15.3 giới thiệu vấn đề liên quan nhưng tổng quát hơn về làm thế nào để 'bầu' một trong một tập hợp các quá trình để thực hiện một vai trò đặc biệt. Ví dụ, trong chương 14, chúng tôi đã thấy làm thế nào quá trình đồng bộ hóa đồng hồ của họ đến một máy chủ định thời gian. Nếu máy chủ này không thành công và một số máy chủ còn sống sót có thể thực hiện vai trò đó, vì lợi ích của tính nhất quán thì cần thiết để lựa chọn một máy chủ để tiếp nhận. Điều phối và thỏa thuận liên quan đến nhóm giao tiếp là chủ đề của Section15.4. Theo phần 4.4.1 giải thích, khả năng phát đa hướng một tin nhắn đến một nhóm là một mô hình rất hữu ích thông tin liên lạc, với các ứng dụng từ việc tìm nguồn lực để phối hợp các bản Cập Nhật để sao chép dữ liệu. Phần 15.4 kiểm tra độ tin cậy phát đa hướng và thứ tự ngữ nghĩa, và cung cấp cho các thuật toán để đạt được các biến thể. Phát đa hướng giao hàng là về cơ bản là một vấn đề của các thỏa thuận giữa các quá trình: người nhận đồng ý trên thư nào họ sẽ nhận được, và theo thứ tự mà họ sẽ nhận được chúng. Phần 15.5 thảo luận về vấn đề của bản thỏa thuận nói chung, chủ yếu trong các hình thức được biết đến như là sự đồng thuận và Byzantine thỏa thuận.

Kết quả (Việt) 2:

Chương này giới thiệu một bộ sưu tập các thuật toán mà các mục tiêu khác nhau nhưng có chung một mục đích đó là cơ bản trong hệ thống phân phối: cho một tập hợp các quy trình phối hợp hành động của họ hoặc đồng ý về một hoặc nhiều giá trị. Ví dụ, trong trường hợp của một đoạn phức tạp của máy móc như một con tàu vũ trụ, điều quan trọng là các máy tính kiểm soát nó đồng ý về các điều kiện chẳng hạn như liệu sứ mệnh của tàu vũ trụ đang được tiến hành hoặc đã bị hủy bỏ. Hơn nữa, các máy tính phải phối hợp hành động của họ một cách chính xác đối với các tài nguyên chia sẻ (cảm biến của tàu vũ trụ và bộ truyền động) với. Các máy tính phải có khả năng làm như vậy ngay cả khi không có mối quan hệ master-slave cố định giữa các thành phần (mà sẽ làm cho sự phối hợp đặc biệt đơn giản). Lý do để tránh các mối quan hệ cố định master-slave là chúng ta thường yêu cầu hệ thống của chúng tôi để tiếp tục làm việc một cách chính xác ngay cả khi thất bại xảy ra, vì vậy chúng ta cần phải tránh điểm duy nhất của thất bại, chẳng hạn như bậc thầy cố định. Một khác biệt quan trọng đối với chúng tôi, như trong Chương 14, sẽ là liệu hệ thống phân phối theo nghiên cứu là không đồng bộ hoặc đồng bộ. Trong một hệ thống không đồng bộ chúng tôi có thể làm cho không có giả định thời gian. Trong một hệ thống đồng bộ, chúng tôi sẽ giả định rằng có những giới hạn về sự chậm trễ truyền tin nhắn tối đa, về thời gian thực hiện để thực hiện từng bước của một quá trình, và về tỷ lệ trôi dạt đồng hồ. Các giả định đồng bộ cho phép chúng ta sử dụng thời gian chờ để phát hiện quá trình tai nạn. Một mục tiêu quan trọng của chương này là để xem xét thất bại, và làm thế nào để đối phó với họ khi thiết kế thuật toán. Mục 2.4.2 giới thiệu một mô hình thất bại, mà chúng ta sẽ sử dụng trong chương này. Đối phó với những thất bại là một kinh doanh tinh tế, vì vậy chúng tôi bắt đầu bằng cách xem xét một số thuật toán mà không chấp nhận thất bại và tiến bộ thông qua thất bại lành tính trước khi khám phá làm thế nào để chịu đựng thất bại tùy ý. Trên đường đi, chúng tôi gặp phải một kết quả cơ bản trong lý thuyết về hệ thống phân phối: ngay cả trong điều kiện thất bại đáng ngạc nhiên lành tính, không thể đảm bảo trong một hệ thống không đồng bộ mà một bộ sưu tập của các quá trình có thể đồng ý về một giá trị chia sẻ - ví dụ, cho tất cả các quy trình kiểm soát của một tàu vũ trụ để đồng ý 'nhiệm vụ tiến hành' hoặc 'nhiệm vụ hủy bỏ. Mục 15,2 xem xét các vấn đề về phân phối loại trừ lẫn nhau. Đây là phần mở rộng hệ thống phân phối của vấn đề quen thuộc để tránh điều kiện chủng tộc trong hạt nhân và các ứng dụng đa luồng. Vì hầu hết những gì xảy ra trong các hệ thống phân phối là chia sẻ tài nguyên, đây là một vấn đề quan trọng để giải quyết. Sau đó, phần 15,3 giới thiệu các vấn đề liên quan nhưng tổng quát hơn về làm thế nào để 'bầu' một trong một bộ sưu tập của các quá trình để thực hiện một vai trò đặc biệt. Ví dụ, trong Chương 14, chúng ta thấy làm thế nào quá trình đồng bộ hóa đồng hồ của họ đến một máy chủ thời gian được chỉ định. Nếu máy chủ này không thành công và một số máy chủ còn sống sót có thể thực hiện vai trò đó, sau đó vì lợi ích của tính nhất quán nó là cần thiết để lựa chọn chỉ là một máy chủ để tiếp nhận. Phối hợp và thỏa thuận liên quan đến truyền thông nhóm là chủ đề của Section15.4. Như mục 4.4.1 đã giải thích, khả năng multicast một tin nhắn đến một nhóm là một mô hình thông tin liên lạc rất hữu ích, với các ứng dụng từ vị trí nguồn lực để phối hợp các bản cập nhật để sao chép dữ liệu. Mục 15.4 kiểm tra độ tin cậy multicast và ngữ nghĩa đặt hàng, và cung cấp cho các thuật toán để đạt được các biến thể. Phân phối Multicast cơ bản là một vấn đề của thỏa thuận giữa các quá trình: người nhận đồng ý về thông báo nào họ sẽ nhận được, và trong đó để họ sẽ nhận được chúng. Phần 15.5 thảo luận về các vấn đề của hợp đồng nói chung, chủ yếu trong các hình thức được gọi là sự đồng thuận và thỏa thuận Byzantine.