Tuplebiz : um espaço de tuplas distribuido e com suporte a transações resilientes a falhas bizantinas

Abstract

Os modelos de coordenação de comunicação possibilitam a cooperação entre os diversos processos que fazem parte de um sistema distribuído. O modelo de coordenação de espaço de dados compartilhado, o qual é representado pelo espaço de tuplas, permite que a comunicação tenha tanto desacoplamento referencial quanto temporal. Devido essas características, o espaço de tuplas é frequentemente usado em aplicações pervasivas e paralelas. A habilidade de tolerar a falhas é importante para ambos os tipos de aplicações. Para aplicações pervasivas na área médica, uma falha pode custar vidas. Nesse contexto, esse trabalho propõe o Tuplebiz, um espaço de tuplas distribuído que suporta transações em um ambiente sujeito a falhas bizantinas. As falhas bizantinas encapsulam uma variedade de comportamentos faltosos que podem ocorrer no sistema. O Tuplebiz é dividido em partições de dados para facilitar a distribuição entre diferentes servidores. Cada partição garante tolerância a falhas por meio de replicação de máquina de estados. Adicionalmente, o Tuplebiz também provê transações que possuem as propriedades ACID, isto é, as propriedades de atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade. O gerente de transações é responsável por garantir o isolamento das transações. Testes de desempenho e injeção de falhas foram realizados. A latência do Tuplebiz sem falhas é aproximadamente 2,8 vezes maior que a latência de um sistema não replicado. Os testes de injeção tiveram como base um framework de testes de injeção de falhas para sistemas tolerantes a falhas bizantinas. Os testes avaliaram os seguintes tipos de falha: mensagens perdidas, atrasos de envio de mensagens, corrupção de mensagens, suspensão do sistema e crash. A latência no caso de falhas foi maior que no caso sem falhas, mas todas as falhas foram suportadas pelo Tuplebiz. Como estudo de caso, é revisada a integração do Tuplebiz com a Guaraná, uma linguagem específica de domínio usada para modelar soluções de integração de sistemas. As tarefas de uma solução de integração na Guaraná são centralizadas atualmente. A proposta de integração prevê a distribuição das tarefas entre diferentes servidores.

The coordination models enable the communication among the process in a distributed system. The shared data model is time and referential decoupled, which is represented by tuple spaces. For this reason, the tuple space is used by parallel and pervasive applications. The fault tolerance is very important for both type of application. For healthcare applications, the fault can cost a life. In this context, this work introduces the Tuplebiz, a distributed tuple space that supports transactions in environment where byzantine faults can occur. Byzantine faults include many types of system faults. The Tuplebiz is spitted in partitions. The main idea behind it is to distribute the tuple space among servers. Each partition guarantees the fault tolerance by using state machine replication. Furthermore, Tuplebiz has transaction support, which follows the ACID properties (atomicity, consistency, isolation, durability). The transaction manager is responsible for maintaining the isolation. Performance and fault injection tests were made in order to evaluate the Tuplebiz. The Tuplebiz latency is approximately 2.8 times bigger than the one for a non replicated system. The injection tests were based on an injection fault framework for byzantine faults. The tests applied were: lost message, delay message, corrupted message, system suspension and crash. The latency was worst on those cases; however the Tuplebiz was able to deal with all of them. Also, a case is presented. This case shows the integration between Tuplebiz and Guaraná, which is a domain specific language, used for designing Enterprise Application Integration applications. The solution integration tasks are centralized nowadays. The integration approach aims to distribute the tasks among servers.