Explorar cómo hacer mejores compensaciones de consistencia y disponibilidad en las redes

Imagina que quieres retirar algo de efectivo de un cajero automático. Espera que muestre el saldo de su cuenta correctamente y procese su solicitud rápidamente. Sin embargo, los retrasos en la red dificultan que el sistema cumpla con estas dos expectativas simples al mismo tiempo. Si un sistema de cajero automático intenta lograr una alta «consistencia», lo que significa que muestra el último saldo de la cuenta al verificar una base de datos remota, podría hacerlo esperar o incluso evitar que acceda a sus cuentas durante las horas punta.

Por otro lado, si un sistema de cajero automático favorece la «disponibilidad», podría permitirle acceder a sus cuentas rápidamente, pero corre el riesgo de mostrar información inexacta. Para evitar resultados no deseados, el diseño de sistemas ATM y otros sistemas distribuidos requiere hacer concesiones inteligentes.

Buscando ayudar a los diseñadores de sistemas a hacer esas concesiones, un grupo de investigadores de la Universidad de California, Berkeley y la Universidad Técnica de Dresden descubrieron una relación algebraica simple entre la consistencia, la disponibilidad y la latencia de la red. Esta investigación fue publicada en Computación Inteligente.

Los investigadores llaman a esta relación algebraica teorema de latencia aparente de disponibilidad; cuantifica la consistencia, la disponibilidad y la latencia aparente como intervalos de tiempo. El teorema CAL se basa en el conocido teorema de partición de la red de consistencia y disponibilidad de Eric Brewer.

A diferencia del teorema CAP, que hace que los diseñadores de sistemas elijan por adelantado sacrificar la consistencia, la disponibilidad o ambas cosas cuando ocurre una falla en la red, el teorema CAL permite a los diseñadores de sistemas ajustar sus opciones dependiendo de la situación, un método que permite un «diseño riguroso con suposiciones claramente establecidas». .»

El diseño riguroso es esencial para los sistemas distribuidos que controlan redes complejas de dispositivos conectados, como robots de fábrica, dispositivos médicos y sistemas de seguridad, que tienen latencias variables en diferentes nodos y son propensos a fallas en la red. Usando el teorema CAL y el lenguaje de coordinación Lingua Franca, una poderosa herramienta que permite a los programadores especificar cómo deben interactuar los diferentes nodos entre sí, los diseñadores de sistemas pueden modelar redes complejas y usar los resultados para personalizar los sistemas distribuidos para lograr confiabilidad y eficiencia.

Los investigadores demostraron la eficacia de su enfoque utilizando una red de cajeros automáticos simple para rastrear saldos y procesar transacciones. Usaron el teorema CAL para modelar una red de cajeros automáticos y derivar los límites de la latencia de la red en función de los requisitos mínimos de coherencia y disponibilidad especificados mediante el lenguaje de coordinación LF.

Manteniéndose dentro de estos límites, pudieron optimizar el diseño de la red al tomar decisiones sobre la ubicación del software y las compensaciones entre consistencia y disponibilidad. En el mundo real, dicha optimización puede ser necesaria para el logro de los objetivos comerciales.

Los investigadores también mostraron cómo detectar y manejar violaciones de los requisitos de latencia de la red después de implementar dicho sistema. Con los controladores de fallas integrados proporcionados por el lenguaje de coordinación LF, los diseñadores de sistemas pueden optar por sacrificar la consistencia o la disponibilidad y «manejar tales fallas con gracia».

Además, los investigadores implementaron dos extensiones de coordinación basadas en el teorema CAL, una centralizada y otra descentralizada, que admiten compensaciones flexibles entre consistencia y disponibilidad a medida que cambia la latencia de la red. El mecanismo de coordinación centralizado prioriza la consistencia, mientras que el descentralizado prioriza la disponibilidad. Un sistema que emplee estos mecanismos se puede personalizar de acuerdo con las necesidades del contexto.

Proporcionado por Computación Inteligente