Next generation state-machine replication protocols for data centers

par Mohamad Jaafar Nehme

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Vivien Quéma et de Kamal Beydoun.

Le président du jury était Didier Donsez.

Le jury était composé de Vivien Quéma, Sonia Ben Mokhtar.

Les rapporteurs étaient Laurent Réveillère, Gaël Thomas.

  • Titre traduit

    Protocoles de réplication de machines à états de prochaine génération pour les centres de données


  • Résumé

    De nombreux protocoles Total Order Broadcast uniformes ont été conçus au cours des 30 dernières années. Ils peuvent être classés en deux catégories: ceux qui visent une faible latence, et ceux qui visent à haut débit. Latence mesure le temps nécessaire pour effectuer un seul message diffusé sans prétention, alors que le débit mesure le nombre d'émissions que les processus peuvent compléter par unité de temps quand il y a discorde. Tous les protocoles qui ont été conçus pour autant faire l'hypothèse que le réseau sous-jacent ne sont pas partagées par d'autres applications en cours d'exécution. Ceci est une préoccupation majeure à condition que dans les centres de données modernes (aka Clouds), l'infrastructure de mise en réseau est partagée par plusieurs applications. La conséquence est que, dans de tels environnements, le total des protocoles afin de diffusion uniformes présentent des comportements instables.Dans cette thèse, j'ai conçu et mis en œuvre un nouveau protocole pour la Total Order Broadcast uniforme qui optimise la performance lorsqu'il est exécuté dans des environnements multi-Data Centers et le comparer avec plusieurs algorithmes de l'état de l'art.Dans cette thèse, je présente deux contributions. La première contribution est MDC-Cast un nouveau protocole pour Total Order Broadcast dans lesquelles il optimise les performances des systèmes distribués lorsqu'ils sont exécutés dans des environnements multi-centres de données. MDC-Cast combine les avantages de la multidiffusion IP dans les environnements de cluster et unicast TCP/IP pour obtenir un algorithme hybride qui fonctionne parfaitement entre les centres de données.La deuxième contribution est un algorithme conçu pour déboguer les performances dans les systèmes distribués en boîte noire. L'algorithme n'est pas encore publié car il nécessite plus de tests pour une meilleure généralisation.


  • Résumé

    Many uniform total order broadcast protocols have been designed in the last 30 years. They can be classified into two categories: those targeting low latency, and those targeting high throughput. Latency measures the time required to complete a single message broadcast without contention, whereas throughput measures the number of broadcasts that the processes can complete per time unit when there is contention. All the protocols that have been designed so far make the assumption that the underlying network is not shared by other applications running. This is a major concern provided that in modern data centers (aka Clouds), the networking infrastructure is shared by several applications. The consequence is that, in such environments, uniform total order broadcast protocols exhibit unstable behaviors.In this thesis, I provide two contributions. The first contribution is MDC-Cast a new protocol for total order broadcasts in which it optimizes the performance of distributed systems when executed in multi-data center environments. MDC-Cast combines the benefits of IP-multicast in cluster environments and TCP/IP unicast to get a hybrid algorithm that works perfectly in between datacenters.The second contribution is an algorithm designed for debugging performance in black-box distributed systems. The algorithm is not published yet due to the fact that it needs more tests for a better generalization.


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