Sababiy izchillik - Causal consistency

Sababiy izchillik asosiy xotiralardan biridir mustahkamlik modellari. Yilda bir vaqtda dasturlash, bir vaqtning o'zida jarayonlar umumiy xotiraga kirishda, a izchillik modeli qaysi qonuniy kirishni cheklaydi. Bu to'g'ri aniqlash uchun foydalidir ma'lumotlar tuzilmalari yilda tarqatilgan umumiy xotira yoki tarqatilgan bitimlar.

Natija izchilligi "Bo'lim ostida mavjud", ya'ni protsesslar o'rtasida ishlaydigan tarmoq ulanishi (tarmoq bo'lingan) bo'lmasa ham, jarayon xotirani o'qiy va yozishi mumkin (xotira mavjud); bu asenkron model. Kabi kuchli mustahkamlik modellaridan farq qiladi ketma-ketlik yoki chiziqlash qobiliyati, ikkalasi ham bo'lishi mumkin emas xavfsiz va yashash bo'limda va javob berishda sekin, chunki ular sinxronlashni talab qiladi.

Sababiy muvofiqlik 1990-yillarda taklif qilingan [1] umumiy xotira modellari uchun zaifroq mustahkamlik modeli sifatida. Nedensel izchillik aloqa protokollarida sababchi eshittirish tushunchasi bilan chambarchas bog'liq.[2] Ushbu modellarda taqsimlangan ijro qisman buyurtma sifatida namoyish etiladi, bu Lamport-ga asoslangan oldin sodir bo'lgan potentsial nedensellik tushunchasi. [3]

Sababiy barqarorlik foydali konsistensiya modelidir, chunki u dasturchilarning vaqt haqidagi sezgilariga mos keladi, mustahkamlik modellariga qaraganda ko'proq mavjud, ammo foydali kafolatlar beradi oxir-oqibat izchillik. Masalan, taqsimlangan ma'lumotlar bazalarida nedensel tutarlılık, aksincha operatsiyalar tartibini qo'llab-quvvatlaydi oxir-oqibat izchillik.[4] Shuningdek, nedensel mutanosiblik rivojlanishiga yordam beradi mavhum ma'lumotlar turlari navbat yoki hisoblagich kabi. [5]

Vaqt va buyurtma bizning sezgi uchun juda muhim bo'lganligi sababli, sabablarga muvofiqlikni ta'minlamaydigan tizim haqida gapirish qiyin, ammo ko'plab tarqatilgan ma'lumotlar bazalarida, hatto ketma-ketlikni ta'minlaydigan ushbu kafolatlar mavjud emas.[6]Kalit nedensel mutanosiblikni kafolatlaydi, lekin shu bilan birga qat'iy qat'iylikni kuchaytiradi va shu bilan qochadi bo'lim ostida bo'lish.Sababdagi izchillikni ta'minlaydigan yana ko'p ma'lumotlar bazalariga quyidagilar kiradi MongoDB va AntidoteDB.

Ta'rif

Nedensel izchillik operatsiyalar o'rtasidagi potentsial sababiy munosabatlarni qamrab oladi va barcha jarayonlar umumiy tartibda sabablarga bog'liq operatsiyalarni kuzatishini kafolatlaydi. Boshqacha qilib aytganda, tizimdagi barcha jarayonlar sabab-oqibat bilan bog'liq operatsiyalar tartibida kelishib olinadi. Ular sabab bilan bog'liq bo'lmagan operatsiyalar tartibi bo'yicha kelishmovchiliklar bo'lishi mumkin.[1]

Quyidagi munosabatni aniqlaylik. Agar ba'zi bir jarayon A yozish operatsiyasini bajarsa va A ni kuzatgan ba'zi bir xil (bir xil yoki boshqa) jarayon B yozish operatsiyasini bajaradigan bo'lsa, unda A B ning sababi bo'lishi mumkin; biz "potentsial sabablar" yoki "sabablarga ko'ra oldinda" B. deb aytamiz. Sabablilik mutanosibligi, agar A sababdan oldin B bo'lsa, u holda tizimdagi har bir jarayon B ni kuzatishdan oldin A ni kuzatadi, aksincha, ikkita yozish operatsiyasi C va D bir vaqtda deyiladi, yoki sababiy jihatdan mustaqil, agar ikkalasi ham bir-biridan oldin bo'lmasa. Bunday holda, jarayon D dan oldin C ni yoki S dan oldin D ni kuzatishi mumkin, umumiy xotiradagi sabab-ustunlik munosabati oldin sodir bo'lgan xabarga asoslangan aloqada munosabat.[3]

Shunday qilib, agar tizim quyidagi quyidagi shartni bajaradigan bo'lsa, nedensel muvofiqlikni ta'minlaydi: potentsial nedensellik bilan bog'liq bo'lgan yozish operatsiyalari tizimning har bir jarayoni tomonidan ularning nedensel ustunligi tartibida ko'rinadi. Turli xil jarayonlar bir vaqtning o'zida turli xil tartibda yozishni kuzatishi mumkin.[7]

Sabab barqarorligi modeli nisbatan zaifroq ketma-ketlik, bu barcha jarayonlar barcha yozish operatsiyalarini umumiy tartibda kuzatilishini ta'minlaydi, bu sabab bilan bog'liq yoki yo'q. [8] Biroq, nedensel tutarlılık, nisbatan kuchli PRAM izchilligi, bu faqat bitta jarayon tomonidan bajariladigan yozish operatsiyalarini bir-birining jarayoni tomonidan umumiy tartibda kuzatilishini talab qiladi. [9] Bundan kelib chiqadiki, tizim ketma-ket izchil bo'lganda, u ham sababiy jihatdan izchil bo'ladi. Bundan tashqari, nedensel qat'iylik PRAM izchilligini anglatadi, aksincha emas.

Misol

Mana sabab-oqibat kelishuviga misol. [10]

Sabab munosabatlari quyidagi hodisalar ketma-ketligida hurmat qilinadi:

P1:V (x) 1V (x) 3
P2:R (x) 1V (x) 2
P3:R (x) 1R (x) 3R (x) 2
P4:R (x) 1R (x) 2R (x) 3

P2 jarayoni P1 jarayoni bilan amalga oshiriladigan W (x) 1 ni avval yozishni kuzatadi, o'qiydi. Shuning uchun ikkala W (x) 1 va W (x) 2 yozuvlar bir-biriga bog'liqdir. Nedensel tutarlılık ostida, har bir jarayon W (x) 2 ni kuzatmasdan oldin birinchi navbatda W (x) 1 ni kuzatadi. E'tibor bering, W (x) 2 va W (x) 3 yozish operatsiyalari, intervalgacha o'qish operatsiyalari bo'lmagan holda, bir vaqtda bo'lib, P3 va P4 jarayonlari ularni har xil tartibda kuzatadi (o'qiydi).

Sessiyaning kafolatlari

Nedensel qat'iylik modelini to'rttaga ajratish mumkin sessiya kafolatlari..[11] Ular quyidagicha umumlashtirilishi mumkin:

  • Yozganlaringizni o'qing: Agar jarayon yozishni amalga oshirsa, keyinchalik xuddi shu jarayon uning yozilishi natijasini kuzatadi.
  • Monotonik o'qishlar: jarayon tomonidan kuzatilgan (o'qilgan) yozuvlar to'plamining monotonik kamayib ketmasligi kafolatlanadi.
  • O'qilganlarni yozadi: agar ba'zi bir jarayon o'qishni, so'ngra yozishni bajaradigan bo'lsa, boshqasi esa natijaning natijasini kuzatadigan bo'lsa, u o'qilganni ham kuzatishi mumkin (agar u yozilmagan bo'lsa).
  • Monotonik yozuvlar: Agar biron bir jarayon yozishni amalga oshirsa, bir muncha vaqt o'tgach, boshqa yozuv yozilsa, boshqa jarayonlar ularni xuddi shu tartibda kuzatadi.

Doimiy va Salem tomonidan ketma-ketlik va suratni ajratib olish uchun tranzaksiya sessiyasining kafolatlari taqdim etiladi.[12]

Amalga oshirish

Tizim muloqat qiluvchi jarayonlar to'plami sifatida mujassamlanadi, jarayon umumiy xotiraga yozganda, dastur ushbu hodisani boshqa jarayonlarga yuboradi (umumiy xotira yoki xabar sifatida). Bir vaqtda va muvaffaqiyatsizlikka uchraganligi sababli jarayon voqealarni qabul qilishi mumkin har qanday tartibda. Amalga oshirish etkazib beradi voqea, ya'ni jarayondan ko'rinadigan qiladi, faqat agar undan oldin sodir bo'lgan barcha hodisalar o'zlari etkazilgan bo'lsa, bu amalga oshirilishini talab qiladi. meta-ma'lumotlar bu xotiraga kirish o'rtasidagi sababiy munosabatlarni ifodalaydi.

Qisqacha aytganda, amalga oshirish quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi: (1) Ta'minlash nedensel kontekst har qanday jarayonda joriy bo'lgan holatdan oldin qanday yangilanishlar bo'lishini sarhisob qilish uchun meta-ma'lumotlar. (2) Jarayon xotirani yangilaganda, yangilanish hodisasini ushbu jarayonning nedensel konteksti bilan belgilang va ushbu yangilanishdan oldin qanday yangilanishlarni keltirib chiqarganligini sarhisob qiling. (3) A ega bo'lgan jarayon qabul qildi ba'zi bir yangilanish hodisalari bo'lishi mumkin etkazib berish faqat voqea yorlig'i qabul qilish jarayonining sababiy kontekstidan oldinroq bo'lgan taqdirda (etkazib berishning yon ta'siri sifatida yangi hodisani qabul qilish jarayonining sababiy kontekstiga qo'shing.) Aks holda, yangilanish juda erta qabul qilingan va qolishi kerak Hodisa kontekstga mos kelguniga qadar buferlangan.Bu orada dastur etishmayotgan voqealarni passiv ravishda kutib turadi yoki ularni o'z manbalaridan faol ravishda oladi.

Ushbu yondashuv imkon beradi bo'lim ostida bo'lish.[13]

Meta-ma'lumotlarning sabab kontekstining ikkita umumiy vakili mavjud, ulardan biri aniqligini ta'minlashdir qaramlik grafigi Bunday grafik o'zboshimchalik bilan kattalashishi mumkinligi sababli, voqea ko'pincha faqat avvalgilar bilan belgilanadi; uning o'tkinchi o'tmishdoshlarini aniqlash uchun taqsimlangan grafik o'tishni talab qiladi, ikkinchisi esa vektorli soat, jarayon yoki guruh tomonidan yaratilgan voqealar sonini hisoblash uchun bitta jarayon (yoki jarayonlar guruhi) uchun bitta yozuv bilan, bu vakolatxona qat'iy o'lchamga ega va voqealar tartibini xulosa qilish mumkin vektorlarni oddiy taqqoslash.

To'liq peer-to-peer tizimida qaysi voqealar bog'liqligini va qaysi biri bir vaqtda bo'lishini aniq aniqlash uchun metama'lumotlar hajmi kamida faol yozuvchilar soniga mutanosibdir.[14]Biroq, bir xillikni aniq belgilash, odatda, haddan ziyod haddan tashqari yuqori darajaga olib keladi, nedensel mutanosiblik faqat sababga bog'liq voqealarni tartibda etkazilishini talab qiladi; Bir vaqtning o'zida ikkita voqea buyurtma berilishi bilan yakunlanishi muhim emas, shuning uchun xavfsiz taxminiy texnikani qo'llash orqali o'lcham o'zboshimchalik bilan kamaytirilishi mumkin. [15]Limitda bitta skalar (Lamport soati)[3]) har qanday o'xshashlikni olib tashlash evaziga metama'lumotlar hajmini aloqa topologiyasini cheklash orqali kamaytirish mumkin; masalan, yulduz, daraxt yoki chiziqli topologiyada bitta skalar etarli.

Sababiy muvofiqlikni samarali tatbiq etish uchun izlanish juda faol tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi.

Adabiyotlar

  1. ^ a b Ahamad, M., Neiger, G., Berns, J. E., Kohli, P., & Hutto, P. W. (1995). Sababiy xotira: Ta'riflar, amalga oshirish va dasturlash. Tarqatilgan hisoblash, 9 (1), 37-49.
  2. ^ Kennet P. Birman, Tomas A. Jozef (1987). Xatolar mavjud bo'lganda ishonchli aloqa. Trans. Komp. Sys. (TOCS), 5 (1), 47-76.
  3. ^ a b v Lamport, L. (1978). Tarqatilgan tizimda vaqt, soatlar va voqealarni tartiblash. ACM aloqalari, 21 (7), 558-565.
  4. ^ Elbushra, M. M., & Lindström, J. (2015). Sababiy ma'lumotlar bazalari. Ma'lumotlar bazalarining ochiq jurnali (OJDB), 2 (1), 17-35.
  5. ^ Perrin, M., Mostefaoui, A. va Jard, C. (2016, fevral). Sababiy izchillik: xotiradan tashqari. Parallel dasturlash tamoyillari va amaliyotiga bag'ishlangan 21-ACM SIGPLAN simpoziumi materiallarida (26-bet). ACM.
  6. ^ K. Daudji va K. Salem. Buyurtma kafolatlari bilan dangasa ma'lumotlar bazasini ko'paytirish. Int. Konf. Ma'lumotlar muhandisligi bo'yicha, 424-435 betlar, 2004 yil aprel.
  7. ^ Gogia, R., Chhabra, P., & Kumari, R. (2014). Tarqatilgan umumiy xotira tizimlaridagi izchillik modellari. Xalqaro kompyuter fanlari va mobil hisoblash jurnallari, 196-201
  8. ^ Lamport, L. (1979). Ko'p protsessorli dasturlarni to'g'ri bajaradigan multiprotsessorli kompyuter qanday tayyorlanadi. Kompyuterlarda IEEE operatsiyalari, 100 (9), 690-691.
  9. ^ Lipton, R. J., & Sandberg, J. S. (1988). PRAM: o'lchovli umumiy xotira. Princeton universiteti, kompyuter fanlari kafedrasi.Chikago
  10. ^ Mosberger, D. (1993). Xotiraning mustahkamligi modellari. ACM SIGOPS operatsion tizimlarini ko'rib chiqish, 27 (1), 18-26.
  11. ^ Terri, D. B., Demers, A. J., Petersen, K., Spreytser, M. J., Theimer, M. M. va Welch, B. B. (1994, sentyabr). Sessiya zaif takrorlangan ma'lumotlar uchun kafolat beradi. Parallel and Distributed Information Systems, 1994., Uchinchi xalqaro konferentsiya materiallari (140-149 betlar). IEEE.
  12. ^ K. Daudji va K. Salem. Oniy tasvirni ajratish bilan dangasa ma'lumotlar bazasini ko'paytirish. VLDB 2006 yil.
  13. ^ Karlos Bakuero va Nuno Preguiça. Nima uchun mantiqiy soatlar oson. Kom. ACM 59 (4), 43-47 bet, 2016 yil aprel.
  14. ^ B. Charron-Bost, tarqatilgan tizimlarda mantiqiy soatlarning kattaligi to'g'risida. Axborotni qayta ishlash xatlarida, 39 (1) p. 11-16, 1991 yil.
  15. ^ Torres-Rojas, Fransisko J. va Ahamad, Mustak. Ishonchli soatlar: tarqatilgan tizimlar uchun doimiy o'lchamdagi mantiqiy soatlar. Tarqatilgan hisoblash, 12 (4), 1999 y.