Flexible and reconfigurable support for fault-tolerant object replication [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Hans Peter Reiser

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• Publié par: universitat_ulm
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 15
• Langue: English

Extrait

Flexible and Reconfigurable Support
for Fault-Tolerant Object Replication
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.
der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik
der Universität Ulm
vorgelegt von
Hans Peter Reiser
aus Passau
2006Amtierender Dekan: Prof. Dr. Helmuth Partsch
Gutachter: Prof. Dr. Franz J. Hauck
Gutachter: Prof. Dr. Peter Dadam
Tag der Promotion: 15. Dezember 2006
iiiAbstract
Usingobject-basedmiddlewareinfrastructuresispopularforthedevelopmentof
services in distributed systems. Active object replication is a suitable strategy
to increase the availability of such services. Existing replication architectures,
however, show some deficiencies in their flexibility and reconfigurability.
This thesis presents the FTflex architecture, which extends the CORBA-
based Aspectix middleware with flexible and reconfigurable replication mecha-
nisms. Thecontributionsofthisthesissupportthedevelopmentofreplicatedob-
jects, enable a deterministic execution of object methods with multiple threads,
and provide a flexible and dynamically reconfigurable group communication
system.
First of all, this thesis designs an efficient replication architecture on the
basis of fragmented objects. The presented solution offers transparency for
clients and allows the relocation of parts of the service functionality to the
client side. The developer of a replicated object can use semantic annotations
to optimise the replication strategies. A tool for automated code generation
simplifies application development.
Second, this thesis addresses the concurrent execution of object methods.
The FTflex architecture provides new strategies that ensure determinism even
if multiple threads want to access the shared object state concurrently. FTflex
uses source code analysis and transformation as a novel way to influence the
thread coordination in the replica code.
The third contribution of this thesis is a reconfigurable, consensus-based
group communication system, which is used as a basis for active replication.
Thissystemsupportsvariablefailuremodels,rangingfromcrash-stoptoByzan-
tine. A significant advantage of the system is its transparent support for
consistent reconfigurations at runtime. In addition, the system offers internal
instrumentation as a basis for autonomous adaptation and self-optimisation.
iiiivZusammenfassung
Bei der Entwicklung von Diensten in verteilten Systemen erfreuen sich objekt-
basierte Middleware-Infrastrukturen einer großen Beliebtheit. Aktive Objek-
treplikation ist eine geeignete Strategie, um die Verfu¨gbarkeit solcher Dienste
zu erhoh¨ en. Bei existierenden Replikationsarchitekturen lassen sich allerdings
Defizite bei der Flexibilitat¨ und der Rekonfigurierbarkeit identifizieren.
Die in dieser Arbeit vorgestellte FTflex-Architektur ergan¨ zt die CORBA-
basierte Aspectix-Middleware um flexible und rekonfigurierbare Replikations-
mechanismen. Die Beitr¨age dieser Arbeit unterstu¨tzen die Entwicklung von
replizierten Objekten, ermogl¨ ichen eine deterministische Ausfu¨hrung von Ob-
jektmethoden mit mehreren Threads und stellen ein flexibles und dynamisch
rekonfigurierbares Gruppenkommunikationssystem bereit.
ZunachstentwirftdieseArbeiteineeffizienteReplikationsarchitekturaufder¨
Basis von fragmentierten Objekten. Die vorgestellte Losung bietet Transparenz¨
fur Dienstnutzer und ermoglicht es, Teile der Dienstfunktionalitat auf Nutzer-¨ ¨ ¨
seite zu verlagern. Der Entwickler eines replizierten Objekts kann semantische
Annotationen verwenden, um die Replikationsstrategien zu optimieren. Ein
Werkzeug zur automatischen Codeerzeugung vereinfacht die Anwendungsent-
wicklung.
Als zweites befasst sich diese Arbeit mit der nebenlaufigen Ausfuhrung von¨ ¨
Objektmethoden.DieFTflex-ArchitekturstelltneueStrategienbereit,mitderen
Hilfe Determinismus beim konkurrierenden Zugriff mehrerer Threads auf den
Objektzustand erreicht wird. Dabei verwendet FTflex Quellcodeanalyse und
-transformation als einen neuen Weg, um die Threadkoordinierung im Pro-
grammcode zu beeinflussen.
AlsdrittesstelltdieseArbeiteinrekonfigurierbares,einigungsbasiertesGrup-
penkommunikationssystem bereit, welches als Grundlage zur aktiven Replikati-
on verwendet wird. Dieses System unterstu¨tzt verschiedene Fehlermodelle, von
“crash-stop” bis hin zu Byzantinischen Fehlern. Ein wesentlicher Vorteil des
Systems ist die transparente Unterstu¨tzung von konsistenten Rekonfigurationen
zur Laufzeit. Durch interne Instrumentierung bietet das System zudem eine
Grundlage fu¨r autonome Anpassung und Selbstoptimierung.
vviAcknowledgements
I wish to express my deepest gratitude to my advisor, Prof. Franz J. Hauck, for
his invaluable guidance, his encouragement, and his friendship. I am also very
grateful to my second advisor, Prof. Peter Dadam, for his helpful suggestions
forimprovingthe structureandtheclarityofmydissertation. Furthermore, the
additional members of the dissertation committee, Prof. Peter Schulthess and
Prof. Michael Weber, deserve recognition for their comments.
IamgratefultoallofmycolleaguesintheAspectixresearchgroup,whohave
provided me with inspiration and encouragement. I especially thank Ru¨diger
Kapitza for his collaboration on several papers in which parts of the results
of this thesis have been published. I owe my sincere thanks to all who have
read and helped to improve the final version of this dissertation, in particular
Jorg Domaschka and Holger Schmidt. Andreas I. Schmied deserves special¨
acknowledgement for his technical assistance.
I would like to thank the people at the Distributed Systems Lab at Ulm
University for providing a friendly working environment for the past two years.
Furthermore,IwanttothankthestaffattheDepartmentofDistributedSystems
and Operating Systems at University of Erlangen-Nurnberg, where I have done¨
a large part of my doctoral research in a pleasant atmosphere. I am particularly
grateful to Prof. em. Fridolin Hofmann, who sparked my interest in distributed
systems,andtoProf.WolfgangSchroder-Preikschatforhisstimulatingcriticism.¨
This dissertation would not exist without the support of my family and of
many friends. I want to thank my wife Fiona and my children for their love,
support, and patience. My brother-in-law Lars Vinx deserves recognition for all
his comments that helped to improve my English grammar.
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