Efficient Agreement Protocols for Asynchronous Distributed Systems
Des Protocoles d'Accord Efficaces pour des Systèmes Répartis Asynchrones
Résumé
The Consensus problem is recognized as a central paradigm of fault-tolerant distributed computing. In a purely asynchronous system, consensus is impossible to solve in a deterministic manner. By enriching the system with some synchrony assumptions, several solutions were proposed in order to circumvent the impossibility result, among which the Paxos protocol. This work represents a contribution to the construction of efficient consensus protocols in asynchronous distributed systems. The algorithmic contribution of the thesis consists of an efficient framework, called the Paxos-MIC protocol, that follows the Paxos approach and integrates two existing optimizations. Paxos-MIC generates a sequence of consensus instances and guarantees the persistence of all decision values. The main feature of the protocol is its adaptability. As one of the optimizations may be counterproductive, Paxos-MIC incorporates a triggering mechanism that dynamically enables the optimization. The mechanism relies on several triggering criteria able to predict if the use of the optimization will be beneficial. Extensive experiments on the Grid'5000 testbed were carried out with the purpose of evaluating the protocol and the efficiency of the triggering criteria. A second part of the work focuses on the use of consensus as a building-block for higher-level applications. We consider the particular context of transactional mobile agents and we propose a solution to support the execution of transactions in an ad-hoc network. This solution relies on an everlasting sequence of decision values generated by repeatedly invoking a consensus building-block. This service is provided by the Paxos-MIC framework.
Le problème du Consensus est reconnu comme un paradigme important pour concevoir des systèmes répartis tolérants aux défaillances. Dans un système asynchrone pure, le consensus est impossible à résoudre de manière déterministe. En enrichissant le système avec des hypothèses de synchronie, plusieurs solutions (dont le protocole Paxos) ont été proposées pour contourner ce résultat d'impossibilité. Ce travail contribue à la conception de protocoles de consensus efficaces dans un système réparti asynchrone. La proposition d'un protocole efficace appelé Paxos-MIC, qui suit l'approche Paxos et intègre deux optimisations connues, est la contribution algorithmique de cette thèse. Paxos-MIC gère une séquence d'instances de consensus et garantie la persistance de toutes les décisions. L'adaptabilité est la principale qualité de ce protocole. Etant donné que l'une des optimisations peut être néfaste, Paxos-MIC intègre un mécanisme de déclenchement qui peut activer dynamiquement l'optimisation. Différents critères de déclenchement sont proposés pour prédire si l'utilisation de l'optimisation va être bénéfique. De nombreuses expérimentations ont été conduites sur la grille GRID'5000 afin d'évaluer le protocole et ces critères. Une seconde partie du travail se focalise sur l'utilisation du consensus comme une brique de base. Dans le contexte particulier des agents mobiles transactionnels, nous proposons une solution pour supporter l'exécution de transactions dans un réseaux ad-hoc. La solution repose sur une séquence de décisions construite de façon durable en invoquant des consensus. Ce service est fourni par le protocole Paxos-MIC.
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