Nâng cao hiệu quả một số kỹ thuật đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trong mạng P2P

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN HỒNG MINH cD ho D NÂNG CAO HIỆU QUẢ MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU TRONG MẠNG P2P Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH aN Mã số : 62 48 01 01 g an TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, Năm 2022 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS, TSKH Nguyễn Xuân Huy PGS, TS Lê Văn Sơn ho D Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Thanh Thủy cD Phản biện 2: PGS.TS Võ Trung Hùng Phản biện 3: PGS.TS Trương Công Tuấn aN g Đại học Đà Nẵng an Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Vào hồi 00 ngày 30 tháng 10 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Học liệu & Truyền thông, Đại học Đà Nẵng g an aN cD ho D MỞ ĐẦU Các ứng dụng phân tán thường có quy mơ lớn địa lý, số lượng lớn người dùng, cần đáp ứng yêu cầu đa dạng, phức tạp liệu; đồng thời ứng dụng phải triệt để phát huy ưu môi trường phân tán công nghệ nhằm mang lại hiệu tối đa Chính vậy, chúng sử dụng liệu tập trung mà phải lưu trữ phân tán Nghĩa là, đối tượng liệu lưu trữ nhiều nút mạng P2P, thực kỹ thuật nhân bản, gọi hệ thống liệu chia sẻ, nhằm đáp ứng yêu cầu hiệu cho ứng dụng phân tán như: tin cậy cao, khả mở rộng, chịu lỗi, khôi phục, sẵn sàng đáp ứng liệu cân tải Trong kỹ thuật nhân bản, bên cạnh ưu điểm, việc thực thi, xử lý tiến trình hồn tồn độc lập, tự trị khơng nhất, đặt vấn đề khó khăn, phức tạp như: an ninh an tồn, chi phí lưu trữ, thao tác ghi liệu chậm, thời gian ngừng hệ thống tạo mới, yêu cầu đảm bảo tính quán liệu Tính quán liệu phụ thuộc vào mơ hình qn liệu, quy định chế thực thi tiến trình (các thao tác đọc/ghi) liệu chia sẻ Đảm bảo tính quán liệu để tiến trình cục (đọc/ghi) trả kết xác, tin cậy, đáp ứng tốt yêu cầu từ phía người dùng, u cầu vơ quan trọng cần thiết Mặc dù toán đảm bảo tính quán liệu chia sẻ quan tâm nghiên cứu từ sớm, nhiên, hướng tiếp cận gửi thông tin điều khiển cập nhật, gửi thông báo cập nhật chủ yếu triển khai thực cho hệ thống liệu chia sẻ tương đối nhỏ (ít nút) tĩnh (tốc độ nút vào/ra hệ thống, tốc độ nút thực cập nhật nhỏ); đảm bảo tính quán liệu hạn chế như: quán theo thời gian, quán xác suất, quán ngẫu nhiên quán yếu Hơn nữa, bối cảnh phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ nay, việc giải tốn cịn cần phải xem xét vấn đề khó khăn, phức tạp sau: - Hệ thống liệu chia sẻ xây dựng nhiều tảng hạ tầng công nghệ khác nhau; quy mô lớn đia lý, số lượng nút tham gia liệu chia sẻ; thiết bị kết nối đầu cuối trở nên đa dạng, phương thức kết nối tốc độ cao tùy biến g an aN cD ho D - Hệ thống liệu chia sẻ bao gồm nút có yêu cầu thực thi mức độ tự trị cao không khả nút, tốc độ nút vào/ra hệ thống, tốc độ nút thực cập nhật - Hệ thống liệu chia sẻ có yêu cầu đảm bảo tính quán khác đa dạng, chẳng hạn mơ hình qn, phương thức đảm bảo tính quán yêu cầu hiệu độ trễ cập nhật, số lượng thông điệp hay băng thơng sử dụng Nhằm góp phần giải vấn đề trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nâng cao hiệu số kỹ thuật đảm bảo tính quán liệu mạng P2P” làm nội dung nghiên cứu cho luận án tiến sĩ kỹ thuật mình, với mục tiêu đề xuất giải pháp nhằm thực tối ưu cho tốn đảm bảo tính qn liệu Bố cục luận án gồm có: phần mở đầu, ba chương phần kết luận Chương 1: Trình bày tổng quan đảm bảo tính quán liệu mạng P2P Nội dung cụ thể chương bao gồm: Trình bày hệ phân tán; khái niệm, phân loại, đặc trưng bản, chức mạng P2P; nhận xét, so sánh mạng P2P Tiếp đến, luận án trình bày kỹ thuật nhân bản, phát biểu phân tích tốn đảm bảo tính qn liệu mạng P2P, mơ hình qn lược đồ đảm bảo tính quán liệu mạng P2P; nhận xét, đánh giá ưu điểm, hạn chế nghiên cứu, qua luận án xác định tồn cần tiếp tục nghiên cứu, cải tiến Chương 2: Trình bày nghiên cứu nội dung hệ phân tán định nghĩa, chương trình thuật toán phân tán, Tiếp đến, luận án trình bày mơ hình cấu trúc cập nhật nội dung; biểu diễn mơ hình tốn học tham số đầu vào, tham số đánh giá hiệu lược đồ đảm bảo tính quán liệu Cuối chương, luận án giới thiệu trình bày thiết lập mạng Pastry, mạng để triển khai thuật toán giải pháp đề xuất; trình bày ngơn ngữ lập trình thuật tốn, cơng cụ tiến hành thực nghiệm Chương 3: Trình bày ba đề xuất lược đồ cập nhật nội dung đảm bảo tính quán liệu; thực mô giải pháp đề xuất nhằm phân tích đánh giá kết đạt giải pháp đề xuất so sánh với đề xuất Nakashima Yi Cuối chương, luận án trình bày thuật tốn phịng tránh bế tắc cung cấp tài nguyên cho máy ảo, sở cho nghiên cứu ứng dụng nâng cao hiệu lược đồ đảm bảo tính quán sử dụng máy ảo cập nhật Phần cuối luận án tổng kết lại kết đạt được, hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục cơng trình nghiên cứu tác giả, danh mục tài liệu tham khảo Các kết luận án kiểm chứng cơng bố tạp chí, hội nghị nước, quốc tế có phản biện độc lập, bao gồm: 02 tạp chí ngồi nước, 04 kỷ yếu hội thảo quốc gia quốc tế Trong đó, cơng bố số tạp chí ESCI, cơng bố số đánh số theo Scopus cD ho D Chương TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU CHIA SẺ TRONG MẠNG P2P 1.1 Hệ thống liệu chia sẻ phân tán mạng P2P Kỹ thuật nhân giải pháp chìa khóa để giải vấn đề khó khăn, phức tạp liệu cho ứng dụng phân tán quy mô lớn phân phối liệu, lưu trữ đám mây, công nghệ chuỗi – khối Một đối tượng liệu X nhân nhiều đặt chúng nút phân tán mạng P2P (Hình 1.1) aN nút Bản X nút Bản X User User an nút Dữ liệu X User Internet nút Bản X g User User nút Bản X nút Bản X Hình 1.1 Hệ thống liệu chia sẻ X Nhiều nút đồng thời sử dụng chung liệu X, liệu X gọi liệu chia sẻ (shared data), nút có liệu chia sẻ gọi nút sao; thuật ngữ hệ thống liệu chia sẻ mạng P2P (sau gọi hệ thống liệu chia sẻ) để hệ thống nút liệu chia sẻ Hệ thống phần ứng dụng phân tán 1.2 Bài toán đảm bảo tính quán liệu mạng P2P P2 Pn Bản (X) R(X)? W(X)10 W(X)15 P1 Bản (X) Bản (X) Hình 1.2 Tiến trình thực thi độc lập liệu chia sẻ X D g an aN cD ho Dữ liệu chia sẻ X đặt nhớ cục tiến trình thực thi hồn tồn độc lập 𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 (Hình 1.2) Thao tác ghi tiến trình 𝑃𝑖 X trả giá trị 𝑣, ký hiệu 𝑤𝑃𝑖 (𝑋)𝑣, thao tác đọc tiến trình 𝑃𝑖 X trả giá trị 𝑢, ký hiệu 𝑟𝑃𝑖 (𝑋)𝑢 Mỗi tiến trình thực chuỗi thao tác đọc ghi < 𝑂1 , 𝑂2 , 𝑂3 … 𝑂𝑚 > liệu chia sẻ, có thao tác ghi làm thay đổi giá trị liệu chia sẻ X Tuy nhiên, hệ phân tán khơng có đồng hồ toàn cục vấn đề độ trễ truyền thơng, khơng có quy ước, ràng buộc việc thực thi tiến trình liệu chia sẻ tiến trình thực thi theo cách khác nhau, dẫn đến không xác định giá trị trả thao tác đọc Vì vậy, hệ thống liệu chia sẻ cần có quy ước, quy định chặt chẽ việc thực thao tác đọc/ghi tiến trình liệu chia sẻ, nhằm xác định xác, tin cậy giá trị trả tiến trình Trong đó, quy ước, quy định cần thống tn theo mơ hình quán liệu định Điều đảm bảo tính quán liệu chia sẻ X Các hệ thống liệu chia sẻ mạng P2P có khó khăn u cầu phức tạp trình bày Do đó, nghiên cứu thực tế triển khai xây dựng hệ thống liệu chia sẻ mạng P2P, mơ hình quán tuyến tính lựa chọn phù hợp, phổ biến 1.3 Lược đồ đảm bảo tính quán liệu Có ba phương thức cập nhật, gồm có: gửi thao tác cập g an aN cD ho D nhật, gửi thông điệp cập nhật gửi nội dung cập nhật Trong phương thức gửi nội dung (bản mới) cho nút hệ thống để thực cập nhật nhằm đảm bảo qn liệu (mơ hình tuyến tính) chứng minh tính hiệu phù hợp với ứng dụng mạng P2P Giải pháp tổng quát thực sau: Bước 1: Với đối tượng liệu chia sẻ X, lược đồ xây dựng cấu trúc cập nhật phía mạng P2P, ký hiệu 𝑇𝑋 Bước 2: Các nút thực cập nhật cục theo nhu cầu sử dụng, đồng thời nút gửi nội dung tới nút gốc Nút gốc lan truyền cập nhật cho nút phía thao tác lặp lại cập nhật gửi tới nút Tuy nhiên giải pháp đề xuất tồn hạn chế, chưa tối ưu phương thức xây dựng cấu trúc cập nhật phương thức lan truyền nội dung cập nhật Cây cập nhật xây dựng theo trình tự thời gian vào hệ thống nút, nên nút liên kết với cách xa vật lý logic, làm tăng độ trễ, số lượng thông điệp băng thông sử dụng trao đổi thông điệp lan truyền cập nhật Cây cập nhật xây dựng dựa vào tính tốn khả nút (độ ổn định, tốc độ xử lý…) khó thực hiện, tốn nhiều chi phí, đặc biệt tốc độ nút vào/ra hệ thống cao Cây cập nhật “động” có hiệu tốc độ nút yêu cầu cập nhật thấp khơng tốn chi phí trì cấu trúc Phương thức lan truyền cập nhật cho tất nút online tốn chi phí, dư thừa khơng phù hợp người dùng yêu cầu thời gian sử dụng khác Phương thức lan truyền cập nhật từ nút gốc cho nút phía (thậm chí nút lá) làm tăng độ trễ, số lượng thông điệp băng thơng chi phí truyền thơng điệp xử lý qua nhiều nút Giải pháp mà nút sử dụng nhớ đệm để lưu gửi tới lan truyền cập nhật cho nút yêu cầu, cần giải vấn đề khó khăn, phức tạp tắc nghẽn, cân tải tình trạng vượt khả nút cD ho D Chương LƯỢC ĐỒ CẬP NHẬT NỘI DUNG ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU TRONG MẠNG P2P 2.1 Chương trình phân tán, khơng 2.1.1 Chương trình phân tán Chương trình phân tán bao gồm tập tiến trình không đồng 𝑃 = {𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 } 𝑠𝑖 (1  𝑖  𝑛) trạng thái tiến trình 𝑃𝑖 Tập tất trạng thái tiến trình thời điểm gọi cấu hình hệ thống, biểu diễn vector có dạng 𝛾 = (𝑠1 , 𝑠2 , … , 𝑠𝑛 ) Định nghĩa chương trình phân tán sau: Định nghĩa 2.1 Một chương trình thực thi hệ thống phân tán 𝑆 = (𝐶, ⟶, 𝐼) dãy tối đại 𝐸 = (𝛾0 , 𝛾1 , … ) với 𝛾𝑖 ⟶ 𝛾𝑖+1, ∀𝑖 = 0,1 … 𝛾0 ∈ 𝐼, 𝛾𝑖 ∈ 𝐶 2.1.2 Thuật toán phân tán Định nghĩa 2.2 Thuật tốn cục tiến trình 𝑃𝑖 (𝑍𝑃𝑖 , 𝐼𝑃𝑖 , →𝑖𝑃𝑖 , →𝑃𝑠 𝑖 , →𝑟𝑃𝑖 ), với 𝑍𝑃𝑖 , 𝐼𝑃𝑖 tập trạng thái trạng thái ban đầu, →𝑖𝑃𝑖 quan hệ 𝑍 ∗ 𝑍, →𝑃𝑠 𝑖 , →𝑟𝑃𝑖 quan hệ 𝑍 ∗ 𝑀𝑆 ∗ 𝑍 (MS tập thông điệp) Mối quan hệ nhị phân →𝑃𝑖 định nghĩa bởi: aN 𝑐 →𝑃𝑖 𝑑 ⇔ ((𝑐, 𝑑) ∈→𝑖𝑃𝑖 ) ∨ (∃𝑚 ∈ 𝑀𝑆: (𝑐, 𝑚, 𝑑) ∈→𝑠𝑃𝑖 ∪ →𝑟𝑃𝑖 ) g an Các quan hệ →𝑖𝑃𝑖 , →𝑃𝑠 𝑖 , →𝑟𝑃𝑖 biểu diễn chuyển đổi trạng thái tiến trình 𝑃𝑖 , với →𝑖𝑃𝑖 chuyển trạng thái nội bộ, không nhận hay gửi thông điệp; →𝑃𝑠 𝑖 chuyển trạng thái gửi thông điệp, →𝑟𝑃𝑖 chuyển trạng thái nhận thơng điệp Định nghĩa 2.3 Một thuật tốn phân tán 𝑃 = {𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 } tập thuật toán tiến trình cục 𝑃𝑖 ,  𝑖  𝑛 Định nghĩa 2.4 Một dịch chuyển cấu hình theo phương thức truyền thông tin không đồng dựa thuật toán phân tán (𝑍𝑃 , 𝐼𝑃 , →𝑖𝑃 , →𝑃𝑠 , →𝑟𝑃 ), đó: 𝐶 = {𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑛 , 𝑀𝑆1 ): (∀𝑃𝑖 ∈ 𝑃: 𝐶𝑃𝑖 ∈ 𝑍𝑃𝑖 ) 𝑀𝑆1 ⊆ 𝑀} ⟶= (∪𝑃𝑖 ∈⟶𝑃𝑖 ), với ⟶𝑃𝑖 hàm chuyển đổi trạng thái tiến trình Pi ; ⟶Pi tập cặp: (𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑖 , … 𝐶𝑃𝑛 , 𝑀𝑆1 ), (𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃′ 𝑖 , … 𝐶𝑃𝑛 , 𝑀𝑆2 ) Chúng thỏa mãn ba điều kiện sau: g an aN cD ho D a) (𝐶𝑃𝑖 , 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈→𝑖𝑃𝑖 𝑀𝑆1 = 𝑀𝑆2 b) Có 𝑚 ∈ 𝑀𝑆, (𝐶𝑃𝑖 , 𝑚, 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈→𝑃𝑠 𝑖 𝑀𝑆2 = 𝑀𝑆1 ∪ {𝑚} c) Có 𝑚 ∈ 𝑀𝑆, (𝐶𝑃𝑖 , 𝑚, 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈→𝑃𝑠 𝑖 𝑀𝑆1 = 𝑀𝑆2 ∪ {𝑚} 𝐼 = {(𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑛 , 𝑀𝑆): ( ∀∈ 𝑃𝑖 : 𝐶𝑃𝑖 ∈ 𝐼𝑃𝑖 ) 𝑀𝑆 = 𝜙} Một thực thi thuật tốn phân tán chuyển đổi cấu hình dựa S Các cặp (𝑐, 𝑑) ∈→𝑖𝑃𝑖 gọi kiện nội 𝑃𝑖 , (𝑐, 𝑚, 𝑑) ∈→𝑃𝑠 𝑖 ∪ →𝑟𝑃𝑖 gọi kiện gửi kiện nhận 𝑃𝑖 Định nghĩa 2.5 Một dịch chuyển cấu hình theo phương thức truyền thông tin đồng dựa thuật toán phân tán, (𝑍𝑃𝑖 , 𝐼𝑃𝑖 , →𝑖𝑃𝑖 , →𝑃𝑠 𝑖 , →𝑟𝑃𝑖 ), đó: 𝐶 = {𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑛 , 𝑀𝑆): ∀𝑃𝑖 ∈ 𝑃: 𝐶𝑃𝑖 ∈ 𝑍𝑃𝑖 } ⟶= (∪𝑃𝑖 ∈⟶𝑃𝑖 ) ∪ (∪𝑝,𝑞(𝑝≠𝑞) ∈ 𝑃 ⟶𝑝𝑞 ), đó: a) ⟶𝑃𝑖 tập cặp (𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑖 , … , 𝐶𝑃𝑛 ), (𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃′ 𝑖 , … , 𝐶𝑃𝑛 ) thỏa mãn (𝐶𝑃𝑖 , 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈→𝑖𝑃𝑖 b) ⟶𝑃𝑖 𝑄𝑖 tập cặp (… , 𝐶𝑃𝑖 , … , 𝐶𝑃𝑗 , … ), (… , 𝐶𝑃′ 𝑖 , … , 𝐶𝑃′ 𝑗 , … ) thỏa mãn có thơng điệp 𝑚 ∈ 𝑀𝑆 cho (𝐶𝑃𝑖 , 𝑚, 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈→𝑃𝑠 𝑖 (𝐶𝑃𝑖 , 𝑚, 𝐶𝑃′ 𝑖 ) ∈ →𝑟𝑃𝑗 𝐼 = {(𝐶𝑃1 , 𝐶𝑃2 , … , 𝐶𝑃𝑛 ): ( ∀𝑃𝑖 ∈ 𝑃: 𝐶𝑃𝑖 ∈ 𝑍𝑃𝑖 )} 2.1.3 Biểu diễn tham số hệ thống liệu chia sẻ Mỗi tham số hệ thống liệu chia sẻ ln có ảnh hưởng quan trọng tới lược đồ đảm bảo tính qn liệu Các tham số gồm có: - Nút khơng khả xử lý biểu diễn phân phối Pareto; tốc độ nút vào/ra hệ thống tốc độ nút thực cập nhật biểu diễn hàm phân phối Poisson; - Quy mô hệ thống liệu chia sẻ gồm có số lượng nút tham gia số lượng đối tượng liệu chia sẻ biểu diễn phân phối Zipf Lưu ý hệ thống nhằm phục vụ cho g an aN cD ho D nhiều đối tượng liệu chia sẻ âm thanh, hình ảnh, video, sách 2.2 Mơ hình cấu trúc cập nhật nội dung 2.2.1 Giải pháp xây dựng trì cấu trúc cập nhật a) Xây dựng cập nhật Khi nút muốn tham gia hệ thống liệu chia sẻ, trước tiên cần liên kết vào cấu trúc cập nhật Một số giải pháp xây dựng cập nhật sau: - Xây dựng cập nhật theo thời gian đến cân - Xây dựng cập nhật theo xác suất - Xây dựng cập nhật sử dụng nút đại diện - Xây dựng cập nhật theo khoảng cách mạng b) Duy trì cấu trúc cập nhật Nút có tốc độ vào/ra hệ thống khơng xác định, nguyên nhân nhu cầu tham gia hệ thống khác nút yếu tố đặc trưng mạng P2P Vì thế, lược đồ đảm bảo tính qn liệu cần có giải pháp xử lý vấn đề nhằm trì cấu trúc cập nhật Khi tốc độ lớn việc trì cấu trúc cập nhật khó khăn, phức tạp địi hỏi chi phí cao Tùy theo ứng dụng cụ thể (các tham số môi trường phân tán yêu cầu toán đặt ra) giải pháp xây dựng cấu trúc cập nhật mà lược đồ có giải pháp phù hợp, hiệu để trì cấu trúc Điều ảnh hưởng quan trọng tới hiệu chung lược đồ đảm bảo quán liệu 2.2.2 Giải pháp lan truyền cập nhật Mơ hình lan truyền cập nhật từ nút gốc tới nút cấu trúc Hình 2.1 đây: Hình 2.1 Mơ hình lan truyền cập nhật cấu trúc 𝜆: Tốc độ cập nhật mà nút gửi tới nút gốc 𝑘: Kích thước nhớ đệm lưu trữ nút 𝜇𝑖 (1 ≤ 𝑖 ≤ 𝐿): Độ trễ lan truyền cập nhật lớn từ nút mức 𝑖 − tới nút mức 𝑖 Giả sử 𝜇𝐿−1 có độ trễ lớn (𝜇𝐿−1 ≥ 𝜇𝑖 , ≤ 𝑖 < 𝐿 − 1) Như lan truyền cập nhật từ nút gốc tới nút biểu diễn mơ hình hàng đợi toán học M/M/1, với nhớ đệm có kích 10 ho D - Độ trễ cập nhật tỷ lệ cập nhật thành công phụ thuộc vào tham số hệ thống liệu chia sẻ lược đồ đảm bảo tính quán + Các tham số hệ thống liệu chia sẻ gồm có: 𝑁 (số lượng nút sao), khả nút, tốc độ nút thực cập nhật, tốc độ nút vào/ra hệ thống + Hiệu lược đồ đảm bảo tính quán liệu như: bậc nút (𝑑), kích thước nhớ đệm (𝑘), độ trễ cập nhật từ nút cha cho nút (𝜇𝐿−1) Trong đó, hiệu tỷ lệ cập nhật thành công tỷ lệ thuận với 𝑘, tỷ lệ nghịch với 𝜆; độ trễ cập nhật tỷ lệ thuận với 𝜇𝐿−1 Đặc biệt, giá trị 𝜇𝐿−1 phụ thuộc hiệu giải pháp xây dựng cấu trúc cập nhật, truyền thông nút phương thức lan truyền cập nhật; có vấn đề khó khăn, phức tạp nút tải, xảy tắc nghẽn, bế tắc cân tải g an aN cD Chương MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỀ XUẤT ĐỐI VỚI LƯỢC ĐỒ CẬP NHẬT NỘI DUNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU 3.1 Giải pháp xây dựng cấu trúc cập nhật hiệu hệ thống ổn định 3.1.1 Bài toán Các hệ thống liệu chia sẻ mạng P2P ổn định tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn khơng xác định, làm tăng chi phí xây dựng trì cấu trúc cập nhật, phải kể đến thời gian mà hệ thống phải dừng để xử lý việc nút vào/ra hệ thống nên thực lan truyền nội dung cập nhật, làm tăng độ trễ cập nhật Hơn nữa, độ trễ cập nhật phụ thuộc hiệu truyền thông nút Tuy nhiên, giải pháp đề xuất tồn hạn chế xây dựng cấu trúc cập nhật tối ưu truyền thông nút, dẫn đến hiệu chưa cao độ trễ cập nhật, đặc biệt tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn thường dẫn đến độ trễ cập nhật tăng đột biến (chẳng hạn giải pháp Nakashima đề xuất) Chính vậy, luận án đề xuất giải pháp cải tiến cho hạn chế nêu nhằm đạt hiệu cao độ trễ cập nhật Nội dung nghiên cứu 11 g an aN cD ho D cơng bố cơng trình tác giả số (4) 3.1.2 Thuật toán ID_LINK Giải pháp đề xuất thực xây dựng cập nhật tĩnh d-ary (mỗi nút có tối đa 𝑑 nút con), gồm có nút liệu chia sẻ X sau: Nút M đối tượng liệu X định danh hàm băm địa IP nút tên X, kết 𝐼𝐷𝑀 𝐼𝐷𝑋 Khi đó, nút vào hệ thống chọn nút gốc cập nhật, ký hiệu nút R Nút R coi chịu trách nhiệm cho tồn khơng gian định danh tất nút, nên với nút M, ta ln có 𝐼𝐷𝑀 ∈ [2128 − 1] Khơng gian định danh nút M chịu trách nhiệm ký hiệu 𝑤𝑠𝑀 Ký hiệu 𝑑 𝑤𝑠𝑀 , 𝑤𝑠𝑀 , … , 𝑤𝑠𝑀 𝑑 phần, phân chia liên tiếp không gian định danh 𝑤𝑠𝑀 Nút đánh số thứ tự từ trái qua phải, chẳng hạn 𝑁𝑀𝑖 ký hiệu nút nút 𝑀 vị trí thứ 𝑖 Giả sử nút M cần liên kết vào cấu trúc cập nhật, gửi thơng điệp 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡_𝑗𝑜𝑖𝑛(𝑀, 𝐼𝐷𝑀 ) tới nút gốc R thông qua cấu trúc mạng phủ Pastry, yêu cầu liên kết vào cập nhật Nút R kiểm tra 𝐼𝐷𝑀 ∈ 𝑤𝑠𝑅𝑖 , với 𝑖 = ̅̅̅̅̅ 1, 𝑑 Nếu nút 𝑅 chưa có nút chịu trách nhiệm cho không gian định danh 𝑤𝑠𝑅𝑖 , nút M chọn nút vị trí thứ 𝑖 nút R, ký hiệu nút 𝑁𝑅𝑖 𝑤𝑠𝑀 ≔ 𝑤𝑠𝑅𝑖 Ngược lại nút R có nút 𝑁𝑅𝑖 , nút R gửi thông điệp 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡_𝑗𝑜𝑖𝑛(𝑀, 𝐼𝐷𝑀 ) tới nút 𝑁𝑅𝑖 Nút 𝑁𝑅𝑖 nhận thông điệp thực tương tự Yêu cầu nút M kết thúc tìm nút 𝐾 thỏa mãn 𝐼𝐷𝑀 ∈ 𝑤𝑠𝐾𝑖 nút 𝐾 chưa có nút 𝑁𝐾𝑖 Như vậy, nút 𝑀 chọn nút nút K vị trí thứ i, ký hiệu 𝑁𝐾𝑖 Khi đó, nút 𝑀 chịu tránh nhiệm cho vùng khơng gian định danh 𝑤𝑠𝑀 ≔ 𝑤𝑠𝐾𝑖 Mã giả thuật tốn ID_LINK trình bày Thuật toán 3.1: ID_LINK 𝑑 − 𝐴𝑟𝑦 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 Đầu vào: Nút K nhận thông điệp 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡_𝑗𝑜𝑖𝑛(𝑀, 𝐼𝐷𝑀 ) Đầu ra: Nút cha nút M Begin 𝐼𝐷𝑀 ∈ 𝑤𝑠𝐾𝑖 // 𝐼𝐷𝑀 thuộc không gian định danh thứ i 𝑤𝑠𝐾 If nút K chưa có nút 𝑁𝐾𝑖 Then Return K 𝑤𝑠𝑀 : = 𝑤𝑠𝐾𝑖 12 Else if Send 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡_𝑗𝑜𝑖𝑛(𝑀, 𝐼𝐷𝑀 ) To 𝑁𝐾𝑖 // K gửi yêu cầu cho nút 𝑁𝐾𝑖 End if End Giả sử N số lượng nút cập nhật, d bậc nút, chiều cao cập nhật 𝐿 = 𝑙𝑜𝑔𝑑 𝑁 (0 < 𝑙 ≤ 𝐿) Bổ đề 1: Chi phí truyền thơng nút Tl−1 nút Gl cập nhật tối đa ⌈ N ⌉ (2b −1)dl−1 bước Bổ đề 2: Xác suất nút liên kết vào cập nhật mức l 𝑑 𝑙−1 (𝑑−1) (0 < 𝑙 ≤ 𝐿) 𝑝𝑙 = 𝑑𝐿 −1 Chi phí trung bình nút liên kết vào cập nhật là: D 𝑙=𝐿 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑗𝑜𝑖𝑛 = ∑ 𝑙=2 ho Độ trễ cập nhật 𝑇𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑐𝑦 là: 𝑑(𝑑𝑙−1 − 1)𝑁 (𝑑𝐿 − 1)(2𝑏 − 1) 𝑙=𝐿 (2𝑏 cD 𝑇𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑐𝑦 = ∑ 𝑙=1 (𝑑 − 1)𝑁 − 1)(𝑑𝐿 − 1) (3.1) (3.2) 3.1.3 Phân tích kết thực nghiệm aN Nakashima Thuật toán ID_LINK 50 40 48 33.6 30 21 19.5 20 23 23 27 21.5 22 30 g 20 21.7 an Độ trễ cập nhật (s) 60 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Tốc độ nút vào/ra hệ thống Kết so sánh hình ra, thuật tốn ID_LINK ln có hiệu tốt độ trễ cập nhật so với giải pháp Nakashima tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn 0,3 độ trễ cập nhật giữ ổn định 3.2 Giải pháp linh hoạt cập nhật phịng tránh tắc nghẽn 3.2.1 Bài tốn Hướng tiếp cận lược đồ trình bày mục 3.1 đạt 13 g an aN cD ho D hiệu cao độ trễ cập nhật, không đạt yêu cầu tỷ lệ cập nhật thành công Nguyên nhân chủ yếu nút nhớ đệm (ví dụ giải pháp Nakashima đề xuất), khác lan truyền cho nút cấu trúc cập nhật nút gốc từ chối cập nhật Ngồi cịn có nguyên nhân nút gốc trở nên tải, bị lỗi Thực tế, có hệ thống liệu chia sẻ, nút cần sử dụng tối đa tạo tất nút Vì vậy, giải pháp cho yêu cầu nút có nhớ đệm để lưu trữ cập nhật, trừ nút có sử dụng, chẳng hạn giải pháp BCoM Yi đề xuất sử dụng cấu trúc Tuy nhiên giải pháp BCoM thiếu linh hoạt lan truyền cập nhật, cụ thể việc gửi cập nhật từ nút cha cho nút nhớ đệm nút trống mà khơng phụ thuộc vào việc nút có u cầu hay không dễ dẫn tới nhớ đệm nút bị đầy, xảy tắc nghẽn lan truyền cập nhật Điều ảnh hưởng quan trọng tới hiệu giải pháp BCoM Hơn nữa, khơng phù hợp để áp dụng cho hệ thống liệu chia sẻ mà tốc độ nút thực cập nhật chênh lệch lớn Vì thế, luận án có hướng tiến cận nghiên cứu toán giải pháp cập nhật linh hoạt, hiệu để phòng tránh tắc nghẽn phù hợp với mơi trường phân tán, u cầu đảm bảo tính quán liệu hệ thống Nội dung nghiên cứu cơng bố cơng trình tác giả số (1) (2) 3.2.2 Giải pháp Mỗi nút (trừ nút lá) có biến cục sau: Vector V[i] (𝑖 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 1, 𝑑 + 1): Vector V có d + bit số (bit 1/0 để trống), ghi yêu cầu cập nhật d nút Trong đó, bit ghi u cầu nút d bit ghi yêu cầu nút tương ứng với vị trí từ trái qua phải Bit 1/0 nút tương ứng có/khơng u cầu cập nhật, trống khơng có nút vị trí tương ứng Nút sử dụng thông tin vector V để xác định nút có yêu cầu cập nhật Bộ nhớ đệm B[i][j] (𝑖 = ̅̅̅̅̅ 1, 𝑘 , 𝑗 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ 1, 𝑑 + 2): Bộ nhớ đệm B có kích thước 𝑘 × (𝑑 + 2), gồm có k ghi ghi có 𝑑 + phần tử Phần tử ghi chứa sao, 𝑑 + thành phần bit 1/0 trống thể đã/chưa gửi cho nút tương ứng khơng có nút vị trí Giá trị 14 g an aN cD ho D k độ lệch tối đa mơ hình quán tuyến tính Nút gốc sử dụng nhớ đệm lưu trữ phiên cập nhật theo thứ tự thời gian đến 𝑣1 , 𝑣2 , … , 𝑣𝑖 gửi từ nút hệ thống, nút thực cập nhật Các nút khác sử dụng nhớ đệm lưu trữ gửi từ nút cha Khi nhận từ nút cha, nút có thơng điệp xác nhận Một phiên bị xóa khỏi nhớ đệm gửi cho tất nút Như vậy, thông tin nhớ đệm giúp nút biết nút cập nhật đến phiên 3.2.2.1 Phương thức cập nhật linh hoạt Mã giả thuật toán nút gửi yêu cầu cập nhật cho nút cha trình bày Thuật toán 3.2: ReqUd Đầu vào: Nút K có thơng tin nút cha M Đầu ra: Nút K gửi yêu cầu cập nhật cho nút M Begin If K nút Then Send request_update(K) cho nút M Else if nhớ đệm nút K trống Then Send request_update(K) cho nút M 𝑉[1] = End if End Mã giả thuật toán nút xử lý nhận yêu cầu cập nhật trình bày Thuật tốn 3.3: RecReqUd Đầu vào: Nút M nhận thông điệp request_update(K) Đầu ra: Nút M gửi cập nhật cho nút K tiếp tục gửi request_update(M) Begin If nút M có cập nhật yêu cầu Then PropUd() Else if nút M có nhớ đệm cịn trống Then 𝑉[i] = //giả sử nút K nút thứ i nút M ReqUd() End if End 3.2.2.2 Giải pháp phòng tránh tắc nghẽn cập nhật Lan truyền cập nhật xảy tắc nghẽn nút nhớ 15 Else if j++ End if} If j = d + Then xóa ghi thứ xếp 𝐵 End g an aN cD ho D đệm nút đầy tiếp tục nhận u cầu cập nhật khơng có nhớ đệm Do đó, luận án đề xuất thuật tốn thực xóa ghi nhớ đệm, hoán đổi liên kết nút nhằm giải phóng nhớ đệm để phịng tránh tắc nghẽn cập nhật Hai trường hợp nút phải thực xóa ghi nhớ đệm, gồm có cập nhật xong cho tất nút nút hoán đổi liên kết cập nhật Mã giả thuật tốn giải phóng nhớ đệm trình bày Thuật toán 3.4: DelRep Đầu vào: Bộ nhớ đệm B Đầu ra: Xóa ghi chứa cập nhật, xếp lại 𝐵 Begin j: = 2 While (j < d + 2){ If B[1][j] = Then Break (a) (b) Hình 3.2 Hoán đổi liên kết nút: (a) tốc độ nút cha thực cập nhật lớn nhiều so với nút nó; (b) tốc độ nút thực cập nhật lớn nhiều so với nút cha Trong giải pháp đề xuất, nhớ đệm đầy nút nhận yêu cầu cập nhật mà nút có 16 Độ trễ cập nhật (s) 60 Nakashima Giải pháp đề xuất 50 40 38 37 35 30 33 21 20 10 16 24 51 45.5 40 39 36 39 40 40.5 28 19 13 Độ trễ cập nhật (s) không xảy tắc nghẽn Tuy nhiên, luận án đề xuất giải pháp chủ động để phòng tránh tắc nghẽn lan truyền cập nhật nút, thực giải phóng nhớ đệm nút bị đầy xảy hai trường hợp, cách hoán đổi liên kết nút dựa vào tương đồng tốc độ nút thực cập nhật 3.2.3 Phân tích kết thực nghiệm D 20 40 60 45 40 35 30 25 20 15 10 Nakashima Giải pháp đề xuất 32 25 13 14 15.5 15 16.5 17 10 22 22.5 23 23 24 38 38.5 28 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Tốc độ nút vào/ra hệ thống 0.945 0.942 0.94 0.935 0.955 0.945 0.8 0.95 0.925 0.92 0.915 Nakashima 0.6 Giải pháp đề xuất 0.4 0.2 0.185 0.17 0.15 0.135 0.11 0.105 0.09 0.085 0.06 0.045 aN 15 13 33 48 41 cD 20 37 36.5 35 36 36.5 Tỷ lệ cập nhật thành công 34 30 35 ho Độ trễ cập nhật (s) 40 Số lượng nút 1.2 Nakashima Giải pháp đề xuất 50 17 17.5 19 10 80 100 120 140 160 180 200 Tốc độ nút thực cập nhật 60 39 34 36 37 37 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tốc độ nút thực cập nhật g an Kết so sánh hình ra, giải pháp đề xuất có hiệu tốt độ trễ cập nhật so với Nakashima trường hợp như: số lượng nút hệ thống liệu chia sẻ nhỏ 300, tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn 0,45 tốc độ nút thực cập nhật lớn 160 Bên cạnh đó, giải pháp đạt hiệu cân tham số, với tỷ lệ cập nhật thành công ln 90%, giải pháp Nakashima có tỷ lệ loại bỏ cập nhật xấp xỉ 100% 3.3 Giải pháp nhân dựa vào ngưỡng tốc độ yêu cầu cập nhật tối ưu chi phí đảm bảo tính qn 3.3.1 Bài tốn Phương thức lan truyền cập nhật từ nút gốc tới nút có hạn chế tốn chi phí truyền thơng gửi qua nhiều nút; đồng thời dễ dẫn tới việc nút tải nút cần xử lý nhiều yêu cầu cập nhật phải thực gửi cập nhật cho nút Đặc biệt phương 17 g an aN cD ho D thức có độ trễ tăng đột biệt trường hợp tốc độ nút thực cập nhật lớn Do đó, tốn đặt cần đặt nút phù hợp để chúng đáp ứng yêu cầu cập nhật nhằm đạt hiệu đảm bảo tính qn liệu Trong đó, nhân liệu để tạo nhiều đặt chúng nút đồng thời làm tăng chi phí đảm bảo tính quán liệu Mặt khác, kỹ thuật nhân đề xuất chưa trọng, đề cập đảm bảo tính quán liệu hệ thống quy mô nhỏ ổn định (tốc độ nút vào/ra hệ thống tốc độ nút thực cập nhật nhỏ) Chính vậy, luận án tiếp cận hướng nghiên cứu kỹ thuật nhân hiệu quả, có khả áp dụng cho hệ thống liệu chia sẻ mạng P2P giải toán nêu Nội dung nghiên cứu cơng bố cơng trình tác giả số (3) 3.3.2 Giải pháp Luận án đề xuất thuật tốn OptRep, thực thi chiến lược When Where là: Thực nhân cho nút (gọi nút nhân bản) dựa vào ngưỡng tốc độ yêu cầu cập nhật nút nhằm giảm chi phí lan truyền cập nhật đảm bảo tính quán liệu Một nút nhân tốc độ yêu cầu cập nhật nút đủ lớn - gọi ngưỡng, xác định dựa vào so sánh chi phí thực nhân cho nút để đáp ứng yêu cầu cập nhật khơng nhân Khi đó, khác với phương thức lan truyền cập nhật từ nút gốc nút lá, nút gốc nút nhân chịu trách nhiệm lan truyền cập nhật cho nút có u cầu để giảm chi phí đảm bảo tính qn liệu Thuật tốn 3.5: OptRep 𝑅 𝐾 Đầu vào: Nút 𝐾𝑙 có giá trị 𝑛𝑢𝑑0 , 𝑛𝑟𝑢𝑙 biết nút 𝐿𝑚 nhân (thông tin lần nhận cập nhật trước) Đầu ra: yêu cầu nhân cho nút 𝐾𝑙 Phương pháp: 𝑅 𝐾 Bước 1: Nút 𝐾𝑙 cập nhật giá trị 𝑛𝑢𝑑0 𝑛𝑟𝑢𝑙 , tốc độ cập nhật đến nút gốc tốc độ yêu cầu cập nhật gửi tới nút 𝐾𝑙 , khoảng thời gian Γ Bước 2: Nút 𝐾𝑙 tính tốn giá trị hai biểu thức 𝐿 𝐿 𝑐𝑜𝑠𝑡_𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝐾𝑚𝑙 𝑐𝑜𝑠𝑡_𝑟𝑒𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝐾𝑚𝑙 với ý nghĩa công thức biểu diễn sau: 18 Trong trường hợp không nhân từ nút 𝐿𝑚 cho nút 𝐾𝑙 , 𝐾 tổng chi phí để cập nhật cho 𝑛𝑟𝑢𝑙 yêu cầu nút con, ký hiệu 𝐿 𝑐𝑜𝑠𝑡_𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝐾𝑚𝑙 , bao gồm sau: 𝐾 Chi phí tiếp tục gửi 𝑛𝑟𝑢𝑙 yêu cầu cập nhật tới nút 𝐿𝑚 (do nút 𝐾𝑙 nút nhân nên cần tiếp tục gửi yêu cầu lên 𝐾 𝐿 𝐾 nút 𝐿𝑚 ) 𝑛𝑟𝑢𝑙 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝑡𝐾𝑚 ; chi phí gửi 𝑛𝑟𝑢𝑙 cập nhật từ nút 𝐿𝑚 cho nút 𝑙 𝐾 ho D 𝐾𝑙 (khi 𝑛𝑟𝑢𝑙 yêu cầu gửi tới nút 𝐿𝑚 gửi cập nhật xuống) 𝐾 𝐿 𝐾 𝑛𝑟𝑢𝑙 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝑡𝐾𝑚 chi phí gửi 𝑛𝑟𝑢𝑙 cập nhật cho nút yêu cầu (nút 𝑙 có gốc nút 𝐾𝑙 ) Giả sử 𝑝𝑢𝑖 xác suất nút mức 𝑖 (𝑙 < 𝑖 𝐿 𝑐𝑜𝑠𝑡_𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝐾𝑚𝑙 nút 𝐾𝑙 khơng u cầu thực nhân bản, 𝐾 ngược lại nút 𝐾𝑙 gửi yêu cầu nhân cho nút 𝐿𝑚 giá trị 𝑛𝑟𝑢𝑙 gọi ngưỡng tốc độ yêu cầu cập nhật nút 𝐾𝑙 60 Độ trễ cập nhật (s) Nakashima Yi OptRep 40.5 37 32.5 26.5 15.5 13.5 11.5 13 11.5 200 16.5 17 400 600 18.5 16 15 14.5 45 40 35 30 25 20 15 10 D Độ trễ cập nhật (s) 3.3.3 Phân tích kết thực nghiệm Nakashima Yi OptRep 50 40 30 25 23 21 21.722.5 19 21.5 17.5 19.5 20 10 1000 ho 0.8 24 22.5 29 25.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Tốc độ nút vào/ra hệ thống 0.985 0.98 0.97 0.96 0.955 0.945 0.93 0.915 0.88 Nakashima Yi OptRep aN 0.6 0.4 0.2 0.155 0.15 0.15 0.145 0.14 0.135 0.12 0.145 0.11 0.095 0.091 0.09 0.085 0.075 0.055 0.125 0.12 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tốc độ nút thực cập nhật g 20 0.14 0.13 0.11 an Tỷ lệ cập nhật thànhcông (%) 0.99 33.6 cD 45.5 37.5 29 800 Số lượng nút 1.2 48 Kết so sánh hình ra, giải pháp đề xuất ln có hiệu tốt độ trễ cập nhật, số lượng nút tham gia hệ thống tốc độ nút vào/ra hệ thống gia tăng lớn Hơn nữa, giải pháp đề xuất cải tiến đáng kể tỷ lệ cập nhật thành công so với giải pháp Nakashima, đặc biệt tốc độ nút thực cập nhật lớn kết rõ (9,5% so với 5,5% trường hợp tốc độ cập nhật 200) 3.4 Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng máy ảo cập nhật 3.4.1 Bài toán Nút mạng P2P khơng có khả hạn chế Vì thế, lược đồ đảm bảo tính quán liệu tồn 20 g an aN cD ho D khó khăn mang tính chất cố hữu như: tình trạng nút trở nên tải yêu cầu vượt khả nút hay tốc độ nút vào/ra hệ thống không xác định, khả xảy tình trạng tắc nghẽn, bế tắc cân tải Những điều làm giảm hiệu lược đồ đảm bảo tính quán liệu Các giải pháp ảo hóa dựa hướng tiếp cận mới, có tiềm lớn để khắc phục hạn chế nêu Nghiên cứu công bố xây dựng hàm mục tiêu 𝐹𝑡 cần tối ưu cung cấp tài nguyên cho máy ảo mơ hình M VM-out-of-N PM, cho máy ảo xây dựng tảng trung tâm liệu (máy vật lý ổn định, hiệu cao) Do vậy, nhằm làm sở nghiên cứu, ứng dụng để nâng cao hiệu lược đồ đảm bảo tính quán liệu sử dụng máy ảo cập nhật, luận án đề xuất thuật toán tối ưu hóa hàm 𝐹𝑡 theo hướng tiếp cận giải phịng tránh bế tắc cung cấp tài nguyên cho máy ảo xây dựng mạng P2P Nội dung nghiên cứu cơng bố cơng trình tác giả số (5) (6) 3.4.2 Thuật tốn phịng tránh bế tắc cung cấp tài nguyên cho máy ảo Luận án đề xuất thuật tốn AllResVm, sử dụng đồ thị tranh chấp Wait – For – Graph (WFG) giải tốn phịng tránh bế tắc cung cấp tài nguyên cho máy ảo Để xác định khả phân phối tất máy ảo vào nút thời gian yêu cầu, bắt đầu thời điểm 𝑡 kéo dài 𝛵 giây, thuật toán xếp nút theo bước sau: Bước 1: Trước tiên, ưu tiên nút có hợp đồng chạy nhanh thời điểm 𝑡 Bởi nút có hiệu suất cao cần phân bổ nhiều hợp đồng so với nút có hiệu suất thấp Bước 2: Nếu tiêu chuẩn hợp đồng nhau, sau thủ tục so sánh dựa vào số lượng tài nguyên rỗi thời điểm 𝑡 Bước 3: Tiếp theo, ưu tiên cho nút có tài nguyên rỗi ổn định Những nút cho ổn định ln có số lượng máy ảo định phân phối thời điểm Bước 4: Thực việc cập nhật thông tin trạng thái nút thông qua việc gửi thông điệp theo định tuyến mạng phủ P2P Bước 5: Cuối cùng, nút xếp tạo danh sách tài nguyên ổn định, luận án sử dụng thuật toán tham lam để phân phối cho tất máy ảo 21 Mã giả thuật tốn AllResVm trình bày Thuật toán 3.7: AllResVm 𝑗(𝐶𝑃𝑈)∗ 𝑗(𝑅𝐴𝑀)∗ 𝑗(𝐻𝐷𝐷)∗ Đầu vào: VM𝑖 , VM𝑖 , VM𝑖 để cấp phát tài nguyên cho 𝑖 (𝐶𝑃𝑈)𝑛+1 (𝑅𝐴𝑀) 𝑛+1 (𝐻𝐷𝐷)𝑛+1 g an aN cD ho D Đầu ra: VM𝑗 , VM𝑗 , VM𝑗 thời điểm 𝑡 Begin // Release resource provision 𝑉𝑀𝑖 in the critical section is 𝑉𝑀𝑖 ⟵ 𝑜𝑢𝑡; If 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑠𝑒 = 𝑠𝑢𝑐𝑐𝑒𝑠𝑠; Return 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡 Else For 𝑉𝑀𝑗 ∈ 𝐽𝑖 Send permission(i,j) tới 𝑃𝑀𝑗 End for 𝑃𝑀𝑖 ⟵ 𝐽𝑖 ; 𝐽𝑖 ⟵ 𝜙; Send thông điệp 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑠𝑡(𝑘, 𝑗) 𝑉𝑀𝑗 10 𝑐𝑙𝑜𝑐𝑘𝑖 ⟵max(𝑐𝑙𝑜𝑐𝑘𝑖 , 𝑛); 11 𝑉𝑀𝑖 ⟵ (𝑉𝑀𝑒𝑖 = 𝑖𝑛) ∨ ((𝑉𝑀𝑒𝑖 = 𝑡𝑟𝑦𝑖𝑛𝑔) ∧ ((𝑉𝑀𝑑𝑖 ≤ (𝑛, 𝑗))); 12 If (𝑉𝑀𝑖 ) then gửi 𝑁𝑂𝑇𝑈𝑆𝐸𝐷(𝑁𝑃𝑀) tới 𝑝𝑗 13 Else if (𝑛𝑖 ≠ 𝑁𝑃𝑀) then gửi 𝑁𝑂𝑇𝑈𝑆𝐸𝐷(𝑁𝑃𝑀 − 𝑛𝑖 ) tới 𝑝𝑗 end if 14 𝐽𝑖 ⟵ 𝐽𝑖 ∪ 𝑗 15 End if 16 While (ready.isfree()=true) job.delete(𝑡𝑖 ) 17 Ready.Insert(Job); 18 Send thông điệp 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛(𝑖, 𝑗) nhận từ 𝑃𝑀𝑗 19 𝑁𝑃𝑀𝑖 ⟵ 𝑁𝑃𝑀𝑖 ∖ 𝑗; 20 When 𝑁𝑂𝑇𝑈𝑆𝐸𝐷(𝑥) nhận từ 𝑝𝑗 21 𝑉𝑀𝑓𝑟𝑒𝑒 = 𝑉𝑀𝑚 − 𝑉𝑀𝑟 ; if ((𝑉𝑀𝑒𝑖 = 𝑡𝑟𝑦𝑖𝑛𝑔) ∧ (𝑉𝑀𝑦𝑖 [𝑗] = 0) ∧ (𝑛𝑜𝑡𝑠𝑒𝑛𝑡𝑡𝑜𝑖 [𝑗]) then gửi REQUEST(𝑙𝑟𝑑𝑖 , 𝑖) tới 𝑝𝑗 22 End if End 3.4.3 Phân tích kết thực nghiệm Kết mô tổng hợp bảng ra: khả CPU 100% có khác biệt lớn tỷ lệ hiệu cung cấp tạo thành công máy ảo, với thành công 60,6% thất bại 25%; đồng thời tỷ lệ cao với khả cho trước CPU từ 60% trở lên Trong trường hợp khả CPU từ 10% 30% tỷ lệ tạo thành cơng chênh lệch khơng nhiều, với khả thành công cao nhiều so 22 Greendy Improved (%) 22,22 20,00 17,27 16,75 16,39 46,05 45,86 40,44 40,55 50,86 ho D với khả không thành công AllResVm Khả VM Can create VM SR CPU (%) NOSR VM 10 30,56 40,72 20,5 20 40,09 45,21 22,3 30 45,30 45,48 23,18 40 47,54 45,45 24,34 50 45,56 46,01 30,14 60 46,18 47.01 40,01 70 47,02 47,09 43,09 80 48,08 47,46 45,23 90 49,02 48,56 45,67 100 56,78 50,06 60,78 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN g an aN cD Kết luận Luận án nghiên cứu giải pháp đảm bảo tính quán liệu chia sẻ mạng P2P Trên sở đó, luận án có đề xuất cải tiến lược đồ đảm bảo tính quán liệu, cụ thể sau: a) Đề xuất thuật toán ID_LINK xây dựng cấu trúc lan truyền cập nhật, có hiệu độ trễ cập nhật hệ thống liệu chia sẻ ổn định tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn Giải pháp đề xuất ln có hiệu tốt độ trễ cập nhật so với giải pháp Nakashima tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn 0,3 độ trễ cập nhật ổn định mà không tăng đột biến b) Đề xuất giải pháp linh hoạt cập nhật hốn đổi liên kết nút nhằm phịng tránh tắc nghẽn lan truyền cập nhật cấu trúc mà nút sử dụng nhớ đệm Giải pháp đề xuất có hiệu tốt độ trễ cập nhật so với Nakashima trường hợp như: số lượng nút hệ thống liệu chia sẻ nhỏ 300, tốc độ nút vào/ra hệ thống lớn 0,45 tốc độ nút thực cập nhật lớn 160 Bên cạnh đó, giải pháp đề xuất đạt hiệu cân tham số, cụ thể có tỷ lệ cập nhật thành cơng ln 90%, giải pháp Nakashima có tỷ lệ loại bỏ 23 g an aN cD ho D cập nhật xấp xỉ 100% c) Đề xuất thuật toán OptRep nhân cho nút dựa vào ngưỡng tốc độ yêu cầu cập nhật nút nhằm tối ưu chi phí đảm bảo tính quán liệu Một nút nhân tốc độ yêu cầu cập nhật tới nút đủ lớn - gọi ngưỡng, xác định tính tốn, so sánh hiệu (thời gian, số bước phải thực hiện) nhân cho nút để đáp ứng cho yêu cầu cập nhật không nhân Giải pháp đề xuất ln có hiệu tốt độ trễ cập nhật, số lượng nút tham gia hệ thống tốc độ nút thực cập nhật gia tăng lớn Bên cạnh đó, giải pháp đề xuất cải thiện đáng kể tỷ lệ cập nhật thành công so với giải pháp Nakashima, đặc biệt tốc độ nút thực cập nhật lớn kết rõ (9,5% so với 5,5% trường hợp tốc độ cập nhật 200) d) Đề xuất thuật tốn AllResVm phịng tránh bế tắc cung cấp tài nguyên cho máy ảo xây dựng mạng P2P, nhằm nâng cao hiệu lược đồ đảm bảo tính quán liệu sử dụng máy ảo để thực cập nhật Giải pháp có tỷ lệ tạo máy ảo cao khả cho trước CPU 60% trở lên; khả CPU từ 10% 30% khả tạo thành cơng chênh lệch khơng nhiều, có khả thành công cao nhiều so với khả khơng thành cơng Hướng phát triển a) Ngồi phương thức lan truyền cập nhật để đảm bảo tính quán liệu hệ thống liệu chia sẻ, cịn có hai phương thức khác lan truyền thông báo lan truyền thao tác điều khiển cập nhật Mỗi phương thức có ưu điểm, áp dụng cho hệ thống có tính chất đặc thù Vì vậy, hướng nghiên cứu mở rộng luận án tiếp tục phát triển hai trường hợp b) Đề xuất lược đồ đảm bảo tính qn liệu có hiệu quả, tối ưu số lượng thông điệp, băng thông sử dụng tài nguyên khác, nhằm ứng dụng trường hợp tài nguyên hạn chế hệ thống người dùng cuối DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ g an aN cD ho D [1] Nguyễn Hồng Minh, Lê Văn Sơn, Nguyễn Xuân Huy, "Một thuật toán hiệu đảm bảo quán liệu mơi trường phân tán mạng phủ P2P có cấu trúc", Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia lần thứ XVIII “Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông”, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, ISBN 978-604-670645-8, Trang 191-196, 2016 [2] Nguyễn Hồng Minh, Nguyễn Xuân Huy, "Giải pháp hiệu Đảm bảo quán liệu chia sẻ phân tán tảng P2P có cấu trúc”, Chun san "Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng Cơng nghệ thông tin Truyền thông", Bộ thông tin truyền thông, ISSN 1859-3526, tập V-1, số 17(37), Trang 22-30, 6/2017 [3] Hong Minh Nguyen, Xuan Huy Nguyen, Ha Huy Cuong Nguyen, “On a construction and a highly effective update method for consistency in structured p2p systems”, International Journal of Computer Science and Network Security, ISSN 1738-7906, Vol.17, No.9, pp.151-158, 9/2017 [4] Nguyễn Hồng Minh, Lê Văn Sơn, “Một giải pháp hiệu xây dựng trì lan truyền cập nhật đảm bảo quán liệu”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ Quốc gia lần thứ 10 “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin”, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội, ISBN: 978-604-913-614-6, Trang 488- 494, 2017 [5] Nguyen Ha Huy Cuong, Hong Minh Nguyen, and Trung Son Doan, "The Method of Maintaining Data Consistency in Allocating Resources for the P2P Network Model", Context-Aware Systems and Applications, and Nature of Computation and Communication, Springer, Cham, pp.155-165, 2017 [6] Hong Minh Nguyen, Van Doan Thang, Le Dac Nhuong, Nguyen Ha Huy Cuong, and Nguyen Xuan Huy, "Open Stack: Resources Allocation for Distributed Virtual Machine Peer to Peer", Frontiers in Intelligent Computing: Theory and Applications Advances in Intelligent Systems and Computing, Springer, Singapore, vol 1013, pp.341-349, 2020 ... đạt hiệu đảm bảo tính quán liệu Trong đó, nhân liệu để tạo nhiều đặt chúng nút đồng thời làm tăng chi phí đảm bảo tính quán liệu Mặt khác, kỹ thuật nhân đề xuất chưa trọng, đề cập đảm bảo tính quán. .. an aN cD Chương MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỀ XUẤT ĐỐI VỚI LƯỢC ĐỒ CẬP NHẬT NỘI DUNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO TÍNH NHẤT QUÁN DỮ LIỆU 3.1 Giải pháp xây dựng cấu trúc cập nhật hiệu hệ thống... mạng P2P Tiếp đến, luận án trình bày kỹ thuật nhân bản, phát biểu phân tích tốn đảm bảo tính qn liệu mạng P2P, mơ hình quán lược đồ đảm bảo tính quán liệu mạng P2P; nhận xét, đánh giá ưu điểm, hạn