Elosztott adatbázis-kezelő formális elemzése

Átírás

1 Elosztott adatbázis-kezelő formális elemzése Szárnyas Gábor december 10. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Hibatűrő Rendszerek Kutatócsoport Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

2 ELOSZTOTT ADATKEZELÉS

3 Replikáció Többpéldányos tárolás read V read V write read V= V V = V =

4 Elméleti korlát: a CAP tétel Sejtés: Eric Brewer, 2000 Tétel: Nancy Lynch, Seth Gilbert, 2002 Tulajdonságok: o Consistency o Availability o Partition tolerance Fischer Lynch Paterson lehetetlenségi tétel Sejtés. Elosztott rendszerben egy időben nem garantálható mindhárom tulajdonság.

5 CAP tétel precízen Tétel. Egy elosztott rendszerben nem biztosítható, hogy a rendszer mindig (üzenetek elvesztése esetén is) garantálja az alábbi tulajdonságokat: o atomi konzisztencia (consistency), o rendelkezésre állás (availability). Bizonyítás. Seth Gilbert, Nancy Lynch, Brewer's conjecture and the feasibility of consistent, available, partition-tolerant web services,

6 Consistency konzisztencia Egy adategység értékét bármely csomóponttól lekérdezve ugyanazt az értéket kapjuk. read V db0 db1 read write V V= V = V = nem konzisztens adategység

7 Availability rendelkezésre állás A rendszer minden működő csomóponthoz érkező kérésre válaszol read V db0 db1 write V= V = V = nem elérhető adategység

8 Konzisztenciamodellek A CAP tétel következménye gyenge konzisztencia erős konzisztencia erős konzisztencia több adategységen

9 Gyenge konzisztencia YouTube nincs szükség pontos értékre

10 Konzisztenciamodellek A CAP tétel következménye gyenge konzisztencia gyakori kompromisszum fokozatos konzisztencia erős konzisztencia erős konzisztencia több adategységen

11 Fokozatos konzisztencia Tumblr

12 Tranzakciók ACID garanciák Atomicity Consistency Isolation Durability

13 ACID BASE spektrum Atomicity Consistency Isolation Durability Basically Available Soft state Eventually consistent???

14 CASSANDRA

15 Cassandra 2007 Dynamo (Amazon) 2008 Cassandra (Facebook) 2009 Apache projekt

16 DB-Engines Ranking dec.

17 Konzisztenciaszintek A A Cassandrában műveletenként specifikálható

18 Konzisztencia ellenőrzése 1. Szisztematikus terhelés o Adatbázis és naplófájlok elemzése 2. Implementáció helyességének ellenőrzése o A gyakorlatban kivitelezhetetlen

19 Cassandra formális elemzése Si Liu, et. al, Formal Modeling and Analysis of Cassandra in Maude, Tech report: Eszköz: Maude LTL modellellenőrző o Adott állapotból kiindulva teljesül-e egy temporális logikai kifejezés

20 Kapcsolódó munkák Adatbázis-kezelők formális verifikációja o NoSQL rendszereknél nincs o Megastore (Google) Felhő alapú rendszerek verifikációja o ZooKeeper rendelkezésre állás o DoS resilience mechanizmusok o KLAIM nyelv architektúra elemzés

21 Konzisztenciamodellek formálisan

22 Erős konzisztencia

23 Fokozatos konzisztencia

24 Fokozatos konzisztencia ellenőrzése - 1 kliens A s1 s4 s2 s3 ONE/QUORUM/ALL 3 replika op eventual : Address Address Address Key Value -> Prop. eq < R1 : Server table: (K -> (V,T1),...),... > < R2 : Server table: (K -> (V,T2),...),... > < R3 : Server table: (K -> (V,T3),...),... > REST = eventual(r1,r2,r3,k,v) = true. red modelcheck(initconfig, <>[] eventual(r1,r2,r3,key,value)).

25 Fokozatos konzisztencia Fokozatos konzisztencia: mindig garantált

26 Erős konzisztencia ellenőrzése 1 kliens A s1 s4 s2 s3 ONE/QUORUM/ALL op strong : Address Value -> Prop. eq <A:Client store:(id,k,v),...> REST = strong(a,k,v) = true. red modelcheck(initconfig, <> strong(client,key,value)).

27 Erős konzisztencia

28 Több klienssel Fokozatos konzisztencia garantált Erős konzisztencia sérülhet

29 Összefoglalás Konzisztenciamodellek formális verifikációja megvalósítható A Cassandra modellje garantálja az ígért konzisztenciaszinteket Időzítési kényszerek további vizsgálata lehetséges (Real-Time Maude)