Nhân bản dữ liệu và file

Kiến trúc hệ thống chung trên hình 6.9. đối với việc quản lý các dữ liệu được nhân bản.

Khách có thể chọn một hoặc nhiều hơn Tác nhân dịch vụ file (File Service Agent: FSA) đối với vấn đề truy cập dữ liệu. Dịch vụ file xem như là các bộ dịch vụ nối với bộ quản lí nhân bản (RM) để cung cấp sự dễ dàng nhân bản của Khách. Một FSA có thể liên lạc với một hoặc nhiều RM cho việc đọc hoặc cập nhật dữ liệu. Tuỳ thuộc vào giao thức điều khiển đã được thực hiện như nào mà phản hồi của việc điều khiển nhân bản có thể được chia giữa FSA và RM. Cấu trúc là mô hình clent/serverr khác biệt với cấu trúc ở hình 6.6. Nếu mỗi bộ điều khiển nhân bản được xen với một dịch vụ file chúng ta có ứng dụng đặc biệt nhóm những Khách xử lí đối với vấn đề riêng biệt cho việc cùng soạn thảo một vấn đề nhưng hoàn toàn đó là đối tượng dữ liệu được nhân bản. Thao tác xử lí dữ liệu có thể là đọc hay cập nhật. Thao tác cập nhật có thể được định nghĩa cụ thể hơn là ghi hoặc ghi cho việc sửa đọc. Dưới đây sẽ dùng cách thức ghi và cập nhật. Từ những đòi hỏi của người dùng thao tác đọc cần được địa chỉ hoá duy nhất cho việc nhân bản. Tuy nhiên nhân bản là dễ nhận thấy đối với người dùng và dịch vụ file được gọi ra bởi Khách có thể được yêu cầu bởi giao thức quản lí nhân bản tác động một một hoặc nhiều hơn một bộ nhân bản để đảm bảo cho việc đọc dữ liệu là sớm nhất. Có 3 vấn đề đối thao tác đọc:

Đọc nguyên thủy (Read-one-primary): FSA chỉ có thể đọc từ RM nguồn để đảm bảo tính chính xác.

Đọc tiêu biểu (Read-quorum): FSA phải đọc từ một số RM đại diện để xác định dữ liệu hiện tại

Tương tự như những điểm nổi bật của hệ thống thao tác ghi sẽ được địa chỉ hoá tới tất cả bản sao. Tuy nhiên những ứng dụng không cần thiết để chắc chắn như những yêu cầu cập nhật, có thể được được gửi tới một số hoặc tất cả các bản sao trong một thời điểm nào đó. Có một số vấn đề sau:

Ghi toàn bộ (Write-all): Cập nhật tất cả RMs bởi thao tác ghi là cần thiết. Thao tác ghi tuần tự phải đợi cho đến khi thao tác ghi trước kết thúc và được uỷ thác.

Ghi toàn bộ theo khả năng (Write-all-avaiable): Việc cập nhật tới những RM sẵn có. Với việc xảy ra lỗi bộ quản lí nhân bản lưu trạng thái của nó tới trạng thái hiện tại trước khi thực hiện việc truy cập tới các bản sao.

Ghi tiêu biểu (Write-quorum): Việc cập nhật được thực hiện với một số bộ quản lí đại diện

Ghi ngẫu hứng (Write- gossip): Việc cập nhật thực hiện trực tiếp tới bất kì RM nào và được gửi tới những RM rỗi kề cận.

Sau đây là mô tả về sự kết hợp thao tác đọc và ghi bản sao

Nếu cả thao tác đọc và ghi là trực tiếp tới bộ quản lí nhân bản thì sự nhân bản là không cần thiết. Tất cả những thao tác phải thực hiện liên tiếp bởi RM gốc. Các RM sau chỉ cần thiết trong trường hợp bản gốc bị lỗi. Tính nhất quán là dễ dàng đạt được nhưng xung đột không được xem xét đến. Để tạo ra được sự đồng bộ thao tác đọc sẽ được thực hiện tại bất kì RM nào. Tuy nhiên mục này chỉ xét đến tính nhất quán vì việc cập nhật từ RM ban đầu tới RM sau là không liên tục. Chúng ta có thể được cho chép một thao tác cập nhật phải được chú ý đến. Nếu như giao thức cho việc này đã có chúng ta tiến hành từ tại bất kì RM nào đáp ứng yêu cầu của Khách. Đây là giai đoạn đọc-một/ghi-toàn bộ. Tính nhất quán trong nhân bản dữ liệu có thể dùng giao thức điều khiển đồng bộ chuẩn như khoá 2 pha hoặc giao thức gói thời gian. Nếu thao tác đọc ghi là không dễ dàng giao thức đọc-một/ghi-toàn bộ dẫn đến sự thực liên tiếp từng bản ghi một, sự thực hiện không phải cùng một đối tượng. Phương thức write-all không thực tế đối với quản lí nhân bản. Đối tượng dữ liệu được nhân bản dẫn đến sự cố. Vì vậy việc cập nhật chỉ thực hiện trên các bản sao. Thao tác đọc-một/ghi-toàn bộ sẵn có đường như thích hợp hơn. Tuy nhiên phương thức này sẽ làm cho thao tác liên tục với bản sao trở nên phức tạp hơn. Dưới đây là một ví dụ minh hoạ cho vấn đề này.

t0:b(t) W(x) W(y) et

t1: b(t) R(x) W(y) et

t2: b(t) R(y) W(x) et

To bắt đầu với x và y với thao tác ghi (W). Nó cho phép 2 QT khác xảy ra đồng thời t1 và t2. Mỗi thao tác đọc đ và thao tác ghi cùng chia xẻ đối tượng x và y. Sự thực hiện đúng khi t1 và t2 là thực hiện liên tiếp. Đó là hoặc t1 đọc x được ghi bởi t2 hoặc t2 đọc y được ghi bởi t1. Nó có thể được xem xét như không có sự thực hiện liên tiếp đối với 2 QT trừ phi danh mục là thực hiện liên tiếp. Bây giờ giả sử rằng chúng ta sao x tới x và xb và y tới yc và yd. Và lỗi xuất hiện tới xc và

tc. Hai quá trình trở thành:

t1: bt R(xc) (yd fails) W(yc) et

t2: bt R (yd) (xc fails) W(xb) et

Sau khi sự cố của xc và yd sao tới X và Y và chỉ có Xc và Yc. Nếu chúng ta sử dụng đọc-một/ghi-toàn bộ có sẵn t1 và t2 là liên tiếp vì không ảnh hưởng từ thao tác đọc và ghi. Có sự không thích ứng với hệ thống một bản sao bởi vì cả t1 và t2 không biết đối tượng được ghi bởi thao tác khác. Đó là sự thực hiện không phải theo cách thức một bản sao. Thêm vào đó tham chiếu cần phải được thêm vào để đảm bảo tính chất một bản sao. Từ ví dụ trên chúng ta thấy rằng sự cố và phục hồi phải được thực hiện liên tiếp. Đối với t2 để đọc Yd nếu Yd lỗi trước khi t2 hoàn thành. Lỗi của Yd trong t1 làm cho t2 phải dừng và lại quay lại thao tác đọc trên Yd. Thêm vào đó lỗi có thể xuất hiện trước khi bắt đầu QT. KHi t2 bắt đầu nó sẽ phải liên hệ với Yc vì Yd đã có lỗi rồi. ảnh hưởng giữa W(Yc) trong t1 và R(Yc) trong t2 là có thể.

Chúng ta xem xét ví dụ trên với ảnh hưởng giữa t1 và t2 cho việc truy cập Y là không rõ ràng bởi vì đã có sẵn bản sao cho W(Y) trong t1 mà không bao giờ gôm Yd được đọc bởi t2. Chúng ta cũng giải quyết vấn đề t2 yêu cầu được đọc Yc và Yd khi truy cập Y. Điều này có thể được thực hiện nếu việc đọc sẽ tạo ra bản sao của QT cùng với việc ghi của QT khác. Điều này tương ứng với phương thức đọc-tiêu biểu được thảo luận về sau.

Hình thức này yêu cầu mỗi thao tác đọc bản sao dữ liệu đối với một số đại diện của bộ quản lí nhân bản và với thao tác ghi cũng thế. Sử dụng 2 hình thức này ảnh hưởng giữa các thao tác truy cập đối với những dữ liệu được nhân bản có thể được đại diện bởi có sự phủ lên nhau. Xem xét V(d) như là tổng số phiên bản của dữ liệu d. Luật xen phủ của đọc và ghi là

Xung đột ghi - ghi: W(d)> V(d)

Xung đột đọc-ghi: R(d)+ W(d) > V(d)

Mỗi khi một xung đột biểu lộ, giao thức khoá 2 pha chuẩn hay tem thời gian có thể được dùng để thực hiện dãy một bản sao. Để đảm bảo rằng Khách đọc gần như toàn bộ dữ liệu số hiệu phiên bản có thể liên quan tới dữ liệu được nhân bản. Thao tác đọc tới bản sao R(d), giá rị với số hiệu cao nhất được cho. Thao tác ghi với W(d) và thêm 1 với số hiệu cao nhất được tìm thấy đây là số hiệu mới với mỗi lần đọc hoặc ghi.

Hầu hết các ứng dụng R(d) được chọn là nhỏ hơn W(d). Trong trường hợp đặc biệt R(d)=1 và W(d) =Vd). Nếu W(d)<V(d) lỗi có thể được cho phép nhưng R(d) phải lớn với hình thức ghi toàn bộ theo khả năng. Giao thức đọc-tiêu biểu/ghi-tiêu biểu là dung hoà tốt giữa đọc-một/ghi-toàn bộ và đọc-một/ghi-toàn bộ theo khả năng. Nếu R(d)<< W(d) thì đòi hỏi về bộ nhờ là lớn. Để giảm đòi hỏi này thao tác ghi có thể sử dụng một bộ đánh dấu. Bộ này không chứa toàn bộ về thông tin cần thiết như số hiệu và thông tin xác định dữ liệu tham dự trong thao tác ghi.

Nhiều ứng dụng của nhân bản dữ liệu không có tính nhất quán với việc thực hiện chuỗi các thao tác trong phương thức đọc-một ghi rất cả sẵn có hay là đối với vấn đề cập nhật dữ liệu trong giao thức đọc đại diện. Nếu việc cập nhật là không tuần tự đọc và ghi thì nó có thể khó thực hiện người ta đưa ra một phương thức mới. Cách thức đọc một cách ngẫu hứng hơn được gọi là giao thức cập nhật theo ngẫu hứng. Trong giao thức này thao tác đọc và ghi là trực tiếp bởi dịch vụ file FSA và RM. FSA thực hiện nhân bản dữ liệu từ Khách còn RM cập nhật dữ liệu bằng việc thay đổi thông tin giưã các bộ dịch vụ. Nói chung mục đích của phương thức này là đem khả năng sẵn có cho việc nhân bản và cập nhật dữ liệu.

Xem xét theo minh hoạ ở hình 6.11. Đầu tiên là thao tác cập nhật dữ liệu, sử dụng phương thức đọc sửa trên đối tượng dữ liệu. Có thể thấy như trên hình vẽ, RM được liên kết với TS.

Giao thức ngẫu hứng cơ sở

Đọc: TSf của FSA được so sánh với Tsi của RM. Nếu TS<RM thì RM sẽ lưu dữ liệu và FSA sẽ nhận dữ liệu đó. Ngược lại FSA sẽ đợi cho đến khi RM sẽ cập nhật dữ liệu và lưu giữ nó. Thay vì thời gian FSA có thể liên hệ với RM khác.

Cập nhật: FSA với TSf. Nếu TSf>Tsi thì việc cập nhật sẽ được thực hiện, nếu không chờ cho sự cập nhật mới. RM có thể có cách thức riêng thuận tiện bằng cách sử dụng giao thức tự do. Nếu TSf<=Tsi thì sự cập nhật đã được thực hiện hoặc là đang được xử lí. Phụ thuộc vào các ứng dụng mà bỏ qua thao tác ghi chỉ có thao tác đọc và cập nhật.

Ngãu hứng: Thông báo ngẫu hứng sẽ chuyển việc nhân bản từ bộ RM i sang bộ RM j sẽ đựơc thực hiện nếu TSj >Tsi.

Ta có thể sử dụng vectơ gói thời gian thay cho những gói thời gian đơn lẻ. Cách thức này là một bước tiến, vectơ gói thời gian bao gồm số hiệu được sắp xếp (hay số hiệu gói) đại diện cho số thứ tự cập nhật tại RMi1, RM2, RM3. Thao tác ghi với TSf=<2,2,2> bằng hoặc ít hoặc ít hơn Tsi thi được phép thực hiện. TSf=<2,5,5> cần phải đợi nhưng chúng ta có nahạn thấy sự thực hiện sẽ diễn ra tại RM2 và RM3.

Chúng ta đã sử dụng khái niệm tem thời gian, việc duy trì thứ tự là cần thiết nếu thao tác cập nhật là sửa đọc. Kết quả của dữ liệu được tăng lên 2 lần từ sự khác biệt khi thứ tự được duy trì hay thao tác bị bỏ qua.

Như hình 6.11 và 6.12 mỗi quản trị nhân bản được liên kết với 2 vectơ tem thời gian V và R và L.Vchứa tem thời gian mang giá trị hiện tại của dữ liệu. R cho biết những nhóm yêu cầu về cập nhật. Chẳng hạn R=<2,3,4> tại RM cho thấy 2 yêu cầu thao tác cập nhật từ và 3 và 4 thao tác cập nhật tại RM3 và RM4.

Giao thức ngẫu hứng có thứ tự

Đọc: FSA với TSf chứa yêu cầu q. Nếu q<=V thì RM sẽ mang giá trị tới FSA. Nếu không FSA sẽ đợi thực hiện.

Cập nhật: FSA với TSf với thao tác cập nhật u. Nó được so sánh với V. Nếu u<V thì coi như thao tác sẽ chậm và trở lại RM bởi vì thứ tự thực hiện là cần thiết. FSA sẽ không liên hệ nữa, việc đọc sẽ chuyển cho thao tác cập nhật. Trong trường hợp thông thường u>=V thì ta cũng có thể suy ra u=V. Như vậy trong bất kì trường hợp thì việc cập nhật cũng được chấp nhận. Bộ quản lí nhân bản RM tiếp nhận thêm thành phần i của R bằng việc chỉ ra một hoặc nhiều cập nhật đã được thao tác cập nhật u trong trường hợp đăng khí vào L. Nếu u=V thì việc cập nhật được thực hiện, tem thời gian V được trộn lẫn với r. Kết quả của thao tác đều xảy ra trước khi được uỷ thác. Nếu nhiều hơn một trường thoả mãn điều kiện này thì các quá trình của nó phải đăng kí theo trật tự của nó. Thao tác cập nhật khác chờ đợi để đăng kí vào tình trạng ổn định. Nó bị thay đổi khi RM có thao tác cập nhật hoá tự do tác động. Việc cập nhật khi hoàn thành sẽ được đánh dấu để không lặp lại, quá trình cập nhật không xoá luôn vì nó cần định danh ra Rms mới.

Ngẫu hứng: Thông điệp từ RMj tới RMi mang vectơ tem thời gian Rj của RMj và đăng kí vào Lj. Rj kết hợp với vectơ tem thời gian Ri của RMi. Việc đăng kí vào RMi được thực hiện với Lj trừ việc cập nhật các trường có r<=Vi. Các trường này phải được khai báo bởi RMi. Tập hợp đăng kí được xem như là tự do nếu nó phải chứa đầy đủ thông tin về RM và nhiều RM khác.

Hình 6.12. minh hoạt 3 thao tác của quá trình cập nhật và đăng kí theo trật tự. Tất cả mọi vectơ tem thời gian đựơc khởi tạo giá trị <0,0,0>. U1=<0,0,0> định hướng trực tiếp tới RM1 được thực hiện u1>=V1 khi đó R1=<1,0,0>. Bản ghi cập nhật của r1 và u1 được tập trung trong L1 và được thực hiện khi đó V1=<1,0,0>. Trong khi đó L1 chỉ chứa quá trình cập nhập tự do tới RM2, QT cập nhật U2, U3 từ RM2, RM3 một cách riêng biệt. Chúng phải đọc dữ liệu từ RM1 trước vì có tem thời gian là <1,0,0> U2 xảy ra tại RM2. Vì tem thời gian lớn hơn V2=<0,1,0> nên nó được định vị trong L2 sau khi R2 được cập nhật tới <0,0,0> được đặt trong L3. Ví dụ trên chỉ ra những khái niệm và thao tác cơ bản để cập nhật ngãu hứng.

Bảng giải nghĩa cụm từ ghi tắt và thuật ngữ