Elastically replicated information services

Abstract

This thesis introduces elastically replicated information systems (ERIS). ERIS aredistributed storage clusters (DSC) capable of sustaining their availability over a thresholdvalue even in the presence of topological changes to the configuration of the system bydynamically adjusting their replication level and object allocation scheme. Suchtopological changes may be caused by external factors such as changes in demand ordynamic repartitioning of resources, but also by internal factors such as storage nodefailures. Various replication methods are reviewed and compared to ERIS. A simplemathematical model of a DSC is introduced which forms the basis of several simulationresults characterizing the availability of various replication schemes in response tochanges in the number of nodes. We present experimental data from a DSC simulatorused to compute the availability of a DSC under alternative replication schemes. Theseresults demonstrate that availability decreases quickly enough to render elastic replicationnecessary even in DSC’s with tens of nodes. The results also validate the hypothesis thatstatic replication levels are not enough to guarantee a sustained level of availability.Finally, we exploit some observed patterns in the results in order to synthesize anelastically replicated scheme and demonstrate its ability to sustain availability above ourtarget level as nodes are added to a DSC.

Esta tesis introduce los Sistemas de Información Elásticamente Replicados (ERIS). ERIS son conjuntos distribuidos de almacenaje (DSC) capaces de sostener su disponibilidad sobre un valor de umbral incluso en la presencia de cambios topológicos ala configuración del sistema ajustando dinámicamente su nivel de replicación y esquema de localización de objetos. Tales cambios topológicos pueden ser causados por factores externos tales como cambios en demanda o repartición dinámica de recursos, pero también por factores internos tales como fallas en los nodos de almacenaje. Varios métodos de replicación son revisados y comparados con ERIS. Diseñamos un modelo matemático simple de un DSC que forma la base de varios resultados de simulaciones que caracterizan la disponibilidad de acuerdo a varios esquemas de localización de objetos en respuesta a cambios en el número de nodos en un DSC. Presentamos datos experimentales de un simulador utilizado para computar la disponibilidad de un DSC bajo esquemas alternativos de replicación. Estos resultados demuestran que la disponibilidad disminuye tan rápidamente que hace la replicación elástica necesaria, incluso en sistemas DSC con solo decenas de nodos en discordancia con sistemas de replicación fija como en sistemas RAID. Los resultados también validan la hipótesis que niveles constantes de replicación no son suficientes para garantizar un nivel sostenido de disponibilidad. Finalmente, explotamos algunos patrones observados en los resultados en orden de sintetizar un esquema elásticamente replicado y demostramos su habilidad de sostener la disponibilidad sobre el nivel del objetivo de disponibilidad mientras se añaden nodos al DSC.