Revisiter les quorums pondérés et les reconfigurations asynchrones pour les systèmes de stockage atomique

Revisiting weighted quorums and asynchronous reconfiguration for atomic storage

• Auteur / Autrice : Hasan Heydari Gharehbolagh
• Direction : Alain Pirovano, Guthemberg Da Silva Silvestre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Systèmes Embarqués
• Date : Soutenance le 21/03/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche ENAC (Toulouse ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Morvan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Pirovano, Guthemberg Da Silva Silvestre, Colette Johnen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Casteigts, Achour Mostefaoui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconfiguration (informatique)

Stockage en ligne (informatique)

Mots clés libres

Système de stockage distribué

Quorums pondérés

Algorithme sans consensus

Algorithme de reconfiguration

Réallocation de poids

Pannes byzantines

Distributed storage system

Weighted majority quorum system

Consensus-free algorithm

Reconfiguration algorithm

Weight reassignment

Byzantine failures

Résumé

A l'ère des données massives, des cryptomonnaies, et de l'internet des objets, les système de stockage fiables jouent un rôle de plus en plus important. Comme ses applications sont constamment exposées aux pannes, comme un disque défaillant ou un attaque malicieux, un système de stockage fiable garantie la disponibilité et la durabilité des applications malgré les pannes. La réplication est certainement la technique la plus connue pour concevoir des systèmes de stockage fiables, où des copies des données sont sauvegardées en plusieurs nœuds différents appelés serveurs. En fait, un serveur correspondent à un simple disque ou à un PC pas cher. L'algorithmique répartie est donc utilisé pour concevoir des protocoles pour répliquer et exécuter des opérations sur des ensembles de serveurs, comme par exemple les opérations écriture et de lecture. Dans ce contexte, un système de stockage atomique, qui est un type de système de stockage distribué fiable, constitue un composant fondamental pour des nombreux systèmes de stockage. En dépit du faite que ces systèmes n'aient que deux opérations, lecture et écriture, ils sont utilisés lors de la conception des systèmes de stockage complexes. En plus, ces systèmes utilisent le concept de quorum. Ainsi, les protocoles qui utilisent ce concept ont au moins une phase. Par exemple, lorsque une requête est envoyée aux serveurs dans une phase, cette phase sera finie si un quorum de serveurs répond à cette requête. En systèmes répartis, un quorum d'un système de stockage atomique est généralement composé d'une majorité de serveurs. Par conséquent, moins il y a des serveurs pour avoir un quorum, plus grands sont les gains en performance. Une approche pour diminuer le quorum d'un système de stockage atomique consiste à attribuer des poids aux serveurs. Ainsi, un quorum est formé lorsque un majorité pondéré répond à la requête. En réalité, les poids des serveurs peuvent évoluer en fonction de leur performances au fil du temps. Cette thèse propose plusieurs protocoles pour adapter les poids des serveurs d'un système de stockage atomique soumis à différents hypothèses de pannes. La conformité des protocoles proposés est prouvée d'une façon formelle. En plus, l'évaluation des protocoles proposés suggère que l'approche entreprise est plus performante que les travaux précédents.

In the era of big data, cryptocurrencies, and the internet of everything, storage systems are demanding more than ever. Since such systems are prone to various types of failures, like disk failures and failures created by malicious attacks, they should be reliable. Reliable storage systems guarantee their progress and correctness in the face of failures. Replication is the most well-known technique to construct reliable storage systems in which copies of data are stored in multiple places called servers. Each server is a cheap commodity disk or low-end PC. Distributed computing is used to design protocols to replicate and execute operations on servers, like read and write. One of the fundamental distributed reliable storage systems is the atomic storage system. Although such a storage system has only two operations, read and write, it provides the building blocks for more complex storage systems. The protocols of the atomic storage system are quorum-based. A quorum-based protocol consists of at least one phase; in one phase, a request is sent to the servers, and the phase will finish if a quorum of servers responds to the request. In the traditional protocols of the atomic storage system, a quorum is constituted by a majority of servers. The less the sizes of quorums, the higher the protocol's performance. One approach to decreasing the size of quorums is to assign weights to servers; in that situation, a quorum is constituted if a weighted majority of servers respond to the request. In practical implementations of an atomic storage system, since servers' performance changes over time, their weights should be reassigned over time as well. This thesis presents several protocols for different types of failures to reassign servers' weights over time. The correctness of the protocols is proved. Furthermore, by evaluating the protocols, it is shown that the presented protocols outperform other solutions.