P2P系统中降低错误相关性的方法

目前许多P2P网络存储系统都采用了m／n容错机制来提高系统的可用性和可靠性,但是在实际应用中,服务器之间发生相关错误会导致这种容错机制具有低容错率．针对这种问题,描述了一种在P2P系统中寻找低错误相关的服务器节点集合的方法,m／n容错机制可以通过使用此集合中的服务器节点来提高其容错率,从而使得系统具有高可用性和可靠性,并对此方法进行了实验分析,验证了方法实用有效．     

P2P持久存储研究

P2P（peer-to-peer）的组织模式已经成为新一代互联网应用的重要形式,它为应用带来了更好的扩展性、容错性和高性能.P2P存储系统一直是研究界所关注的热点,被认为是P2P最具前途的应用之一.数据的持久存储是制约P2P存储系统发展的关键问题,也是其研究的难点.综述了P2P存储系统及数据持久存储相关技术的研究现状.首先概述了P2P存储系统的基本技术组成及其在不同应用环境中的优势,并介绍了数据冗余、数据分发、错误检测和冗余数据维护等多种持久存储的基本技术.在一个P2P存储系统研究框架下,介绍了目前知名的P2P存储系统及其使用的持久存储技术.对各种技术进行了详细综述和对比讨论,分析了各种技术的适应环境及优劣,指出了存在的问题和未来研究的方向.     

基于RS码的错误容忍存储方案

在分布式存储系统存储数据时,如果一个或几个设备出现故障,不仅该设备中的数据不能使用,而且会导致用户无法完整地访问资源。针对该问题,提出一种基于RS码的错误容忍存储方案,当系统中错误设备的数量不超过m时,就可以对其进行恢复,实现容错。该方案具有较高的安全性与执行效率,能满足存储系统容错的要求,可以利用其构造对可靠性要求较高的存储系统。     

基于Gossip协议的拜占庭共识算法

区块链是一种对等网络的分布式账本系统,具备去中心化、不可篡改、安全可信等特点,因此受到了广泛关注。在区块链系统中,典型的拜占庭错误包括操作错误、网络延迟、系统崩溃、恶意攻击等。现有共识算法不仅对区块链中拜占庭节点的容错能力低,而且对区块链系统的可扩展性差。针对这一问题,文中提出了基于Gossip协议的拜占庭共识算法,使系统可以容忍小于一半的节点为拜占庭节点,能够达到XFT共识算法的容错能力。同时,因为采用了统一的数据结构,所以系统具有更好的可扩展性,并且有利于正确节点识别区块链系统中的恶意节点。在该算法中,提案节点随着区块链长度的变化而转移,系统中所有节点都处于对等的地位,从而避免了单点故障问题,进而使得系统具有更好的动态负载均衡的性能。     

基于冗余事务的事务存储系统的错误检测

针对事务存储系统下的错误检测问题,提出了一种基于冗余事务的事务存储系统的错误检测方法(error detection by redundant transaction,EDRT).该方法为每个事务创建一个副本事务,并利用富余的处理器核资源同时执行原始事务和副本事务,通过比较原始事务和副本事务的执行结果达到检测错误的目的.在检错比较数据集的获取上,EDRT方法利用了事务存储系统自身的版本管理机制,实现了对用户透明的在线接近最小数据比较集的获取.将EDRT方法应用于日志事务存储系统,提出了针对容错日志事务存储系统的设计问题的解决方法.最后,使用了包括4个SPLASH-2典型用例在内的5个测试程序对该方法进行了验证测试,实验结果表明EDRT检错方法相对整个程序的平均检错开销在3.68％左右,而相对于程序内事务部分的平均检错开销也只有12.07％左右.通过与双模冗余检错方法(dual modular redundancy error detection mechanism,DMR)的对比,EDRT方法与DMR方法的平均检错开销比只有0.05％左右.     

网络异常情况下的拜占庭容错算法研究

随着电子商务网站等分布式应用的高速发展,系统的可用性已经受到了越来越多的重视。关键的服务不仅需要能够容忍良性错误,还需要能够容忍拜占庭错误。针对当前大部分的拜占庭容错算法主要针对算法正常执行的问题,提出了考虑出错情况下的拜占庭容错算法。该算法主要考虑实际过程中服务请求端和服务提供端的主复制品可能发生错误而没有响应,或者因网络拥塞而使响应没有及时送达等网络异常的情况。该算法解决了其他拜占庭容错算法在网络发生异常的情况下不能正常工作的问题,具有更强的适应性。     

基于在网计算加速的拜占庭容错算法

拜占庭容错算法是一类能够容忍各种形式的软件错误和安全漏洞的容错算法,对云计算的可靠性保障有着重要意义.与其他容错算法相比,拜占庭容错算法稳定性更高,但是其性能表现低下,不能满足当前系统对高吞吐、低延时的需求.在网计算是一种以数据为中心的体系结构,它用网络承担部分计算功能,使数据在流动过程中获得处理,从而提高系统性能.为解决拜占庭容错系统的问题,提出了一种基于在网计算的拜占庭容忍共识算法优化方案,将算法的一部分处理任务卸载到网卡上执行,利用网卡和处理器形成的多级流水线提升系统吞吐量.由于仅使用在网计算的方案在特定场景下效果不佳,因此,使用多线程方法来提升优化方案的可扩展性.同时,对算法进行了详细的系统评测,实验结果表明:相对于普通的拜占庭容错系统,使用在网计算与多线程结合的优化方案能够获得46%的吞吐率提升以及65%的延迟下降,证明了基于在网计算的拜占庭容忍共识算法优化方案的可行性与有效性.     

纠错码拜占庭容错Quorum中错误检测机制

摘要在大规模存储系统中，拜占庭存储节点的容错显得越来越重要。传统拜占庭Quorum通过复制可以容忍拜占庭失效，但是它们有两个主要缺点：低的存储空间利用率和静态quorum参数。我们提出纠错码拜占庭容错Quorum（Erasure-code Byzantine Fault-tolerance Quorum, E-BFQ），E-BFQ采用纠错码作为冗余策略，可以提供高可靠性，同时比复制占用更少存储空间。通过客户端读／写操作和管理器诊断操作，E-BFQ可以检测拜占庭节点，动态调整系统规模和故障闽值。结果显示本文方法可以达到动态调整的目的。     

拜占庭系统技术研究综述

随着分布式系统规模的增大,设计复杂度也不断提升,系统可靠性所面临的问题也越来越严峻。由于拜占庭协议能够容忍包括人为失误、软件bug和安全漏洞等各种形式的错误,其系统技术和实现方法越来越受到研究者们的重视。介绍和总结了目前拜占庭系统技术的研究成果,分析了目前拜占庭系统的研究现状,并探讨了拜占庭系统的发展趋势。通过分析得出：1)拜占庭系统性能上仍然与已经实用的非拜占庭系统相距较大,占用资源数量仍然较多,需要进一步研究其性能和资源优化技术;2)通过检测错误或者定期修复来降低系统中的错误,是延长系统可持续运行时间的方法,需要研究新的、高效的全面检测拜占庭服务器、合理定期修复等保障系统可持续运行的方法;3)实际应用背景和需求及其特定错误类型的处理方法对拜占庭协议和功能等提出了不一样的要求,需要研究拜占庭系统在实际中的应用和可用性。     

网格动态容错服务架构研究*

错误的频繁发生已经成为阻碍网格稳健发展和大规模应用的主要障碍之一,网格系统的容错性研究显得尤为重要。根据网格计算的特点,提出了网格环境下的特殊容错需求;结合用户的服务质量要求,建立了包括网格错误检测与网格错误管理的动态容错服务架构,阐述了错误检测服务与错误管理服务的组织结构、各组成模块的具体功能;最后,给出了一个完整的容错服务实现过程。     

UPStore:一个开放的P2P存储平台

PZP存储系统具有可扩展性好、容错性高等优势,是近年来学术界的研究热点.但是由于P2P存储系统的复杂性高,搭建起来比较困难,使得系统并没有随着研究发展而流行起来.尤其是在广域网中,由于节点的高动态性,使得系统的部署和维护更加困难.介绍了一个开放式的P2P存储平台架构,可以在封闭的机房系统里,利用稳定的服务器搭建存储系统,也可以在开放的广域网环境下,利用动态性高的个人电脑来搭建存储系统.上层应用开发者可方便地使用该平台来创建各种服务,从而能将P2P存储系统在实际应用中推广开来.     

分布、实时、容错一体化设计方法研究

针对分布式航天器系统的运行环境和特点，对嵌入式系统在空间环境、实时、容错、分布上的需求进行了分析，提出了分布、实时、容错一体化的嵌入式系统设计方法，从满足实时要求下的实时容错能力、免疫与自愈相结合的综合容错能力、单节点的容错与节点间容错相结合的分布容错能力和多种容错方法集成等4个方面，对设计方法进行了阐述。     

基于P2P的证书库系统设计与实现

采用P2P技术设计了一个证书库系统，与传统的采用目录服务器设计的证书库系统相比，该系统具有良好的可扩展性、健壮性、负载平衡和容灾容错等特性，解决了传统目录服务系统不易配置，出现访问瓶颈的问题。     

主动容错副本存储系统的可靠性分析模型

主动容错机制通过预先发现即将故障的硬盘来提醒系统提前迁移备份危险数据,从而显著提高存储系统的可靠性。针对现有研究无法准确评价主动容错副本存储系统可靠性的问题,提出几种副本存储系统的状态转换模型,然后利用蒙特卡洛仿真算法实现了该模型,从而模拟主动容错副本存储系统的运行,最后统计系统在某个运行时期内发生数据丢失事件的期望次数。采用韦布分布函数模拟设备故障和故障修复事件的时间分布,并定量评价了主动容错机制、节点故障、节点故障修复、硬盘故障以及硬盘故障修复事件对存储系统可靠性的影响。实验结果表明,当预测模型的准确率达到50%时,系统的可靠性可以提高1~3倍;与二副本系统相比,三副本系统对系统参数更敏感。所提模型可以帮助系统管理者比较权衡不同的容错方式以及系统参数下的系统可靠性水平,从而搭建高可靠和高可用的存储系统。     

Automating the addition of fault tolerance with discrete controller synthesis

Discrete controller synthesis (DCS) is a formal approach, based on the same state-space exploration algorithms as model-checking. Its interest lies in the ability to obtain automatically systems satisfying by construction formal properties specified a priori. In this paper, our aim is to demonstrate the feasibility of this approach for fault tolerance. We start with a fault intolerant program, modeled as the synchronous parallel composition of finite labeled transition systems; we specify formally a fault hypothesis; we state some fault tolerance requirements; and we use DCS to obtain automatically a program, having the same behavior as the initial fault intolerant one in the absence of faults, and satisfying the fault tolerance requirements under the fault hypothesis. Our original contribution resides in the demonstration that DCS can be elegantly used to design fault tolerant systems, with guarantees on key properties of the obtained system, such as the fault tolerance level, the satisfaction of quantitative constraints, and so on. We show with numerous examples taken from case studies that our method can address different kinds of failures (crash, value, or Byzantine) affecting different kinds of hardware components (processors, communication links, actuators, or sensors). Besides, we show that our method also offers an optimality criterion very useful to synthesize fault tolerant systems compliant to the constraints of embedded systems, like power consumption.     

一种基于DHT的P2P数据存储模型的设计

P2P（peer-to-peer）组织模式已经成为新一代互联网应用的重要形式,它为应用带来了更好的扩展性、容错性和高性能。P2P数据存储模式一直是业界所关注的热点,被认为是P2P最具前途的应用之一。设计了一种基于DHT（DistributedHashTable）路由的结构化P2P网络为架构的分布式数据存储模型,通过应用测试证明该模型能稳定运行。