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面向有状态服务的服务永续问题研究

作　者: 潘攀
导　师: 冯朝胜
学　校: 四川师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 有状态服务分布式 Paxos 算法服务永续模型
分类号: TP368.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

诸如银行业务、航空预定、通信、网络支付、在线文件传输、在线视频会议等诸多行业对服务器要求甚高，几分钟的服务中断可能对这些行业造成数以万计美元的损失。服务器全天候24小时不间断的工作是这些行业追求的理想目标，服务宕机会给企业带来直接的巨额经济损失，甚至影响企业在公众中的形象。因此，这些企业不惜花费巨资来提高服务器的稳定性。如何提高系统稳定性，确保服务永续，成为迫切需要解决的问题。服务分为有状态服务和无状态服务，本文主要针对有状态服务的服务永续问题展开研究，对有状态服务和无状态服务进行了区分，建立了服务永续模型，对服务状态客户端存储、服务状态共享存储以及基于改进的Paxos 算法的业务同步3种策略进行了设计与实现，设计基于分布式的文件传输系统，通过这三种策略有效解决了服务的永续问题，保证服务不中断。论文的主要工作及创新点有以下几点：（1）针对服务的状态，详尽讨论了有状态服务和无状态服务，建立了有状态服务的永续模型。该模型采用分布式架构体系，通过数学推导，能有效解决服务的可续问题。（2）对目前解决服务永续模型的技术进行了分类归纳，总结出了三种解决服务永续问题的方案，即服务状态客户端存储技术、基于服务状态共享存储技术以及基于Paxos算法的业务同步。（3）深入了解分析Paxos算法，通过图形化的方式对其过程进行阐述，在此基础之上，对Paxos算法进行了改进，通过引入leader角色增强了程序的可执行性，避免了proposer角色不停请求prepare服务而导致死锁情况的发生。结合消息传递和共享内存技术，将Paxos算法由单纯的消息传递变为可使用部分共享存储技术的结合体，该改进对利用Paxos算法解决分布式下服务永续问题具有较强的价值，从理论和实践意义上保证了分布式服务的永续。（4）结合总结出的三种解决服务永续问题的技术，通过设计分布式文件传输系统分别对服务状态客户端存储、服务状态共享存储以及改进的Paxos算法进行实验验证，尤其对改进的基于Paxos算法业务同步解决服务永续问题的方案进行了验证，并与客户端存储技术、服务端服务状态共享存储进行比较，得出改进的Paxos算法解决服务永续问题更具稳定性，执行效率更高的结论。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目次  7-9
1 绪论  9-15
  1.1 本文研究背景及意义  9-11
    1.1.1 宕机的概念  9
    1.1.2 服务宕机造成的损失  9-11
    1.1.3 课题背景与意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 论文主要工作  12-13
  1.4 论文章节安排  13-14
  1.5 本章小结  14-15
2 有状态服务与服务永续  15-28
  2.1 服务的有状态与无状态  15-17
    2.1.1 有状态服务  15-16
    2.1.2 无状态服务  16-17
    2.1.3 有状态服务与无状态服务的分析比较  17
  2.2 服务永续  17-24
    2.2.1 服务永续模型  18-20
    2.2.2 服务永续相关技术  20-21
    2.2.3 服务永续面临的难题  21-24
  2.3 有状态服务的服务永续  24-26
  2.4 无状态服务的服务永续  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 服务状态的客户端存储  28-32
  3.1 服务状态客户端存储模型  28-29
  3.2 服务状态客户端存储模型工作过程  29-31
  3.3 服务状态客户端存储利弊分析  31
  3.4 本章小结  31-32
4 服务状态的共享存储  32-36
  4.1 服务状态共享存储模型  32-33
  4.2 服务状态共享存储工作流程  33-34
  4.3 服务状态共享存储分析  34-35
  4.4 本章小结  35-36
5 基于 PAXOS 算法的业务同步  36-50
  5.1 PAXOS 算法核心  37-38
    5.1.1 Paxos 算法基于的数学原理  37
    5.1.2 Paxos 算法核心理念  37-38
  5.2 PAXOS 算法递进约束条件  38-39
  5.3 PAXOS 算法具体过程  39-44
    5.3.1 准备阶段  39-40
    5.3.2 批准阶段  40
    5.3.3 Paxos 算法图形化过程  40-44
  5.4 改进的 PAXOS算法  44-48
    5.4.1 引入 leader 防止死锁  44-46
    5.4.2 共享存储区域防止极端  46-48
  5.5 基于改进的 PAXOS算法的业务同步  48-49
  5.6 本章小结  49-50
6 演示验证系统的实现与实验  50-67
  6.1 文件传输系统的设计与实现  50-56
    6.1.1 服务器端和客户端相关功能和通信技术  50-54
    6.1.2 分布式文件传输系统设计  54-56
  6.2 基于服务状态客户端存储的服务永续实验  56-58
    6.2.1 实验说明  57
    6.2.2 实验结果与评价  57-58
  6.3 基于服务状态共享存储的服务永续实验  58-60
    6.3.1 实验说明  59
    6.3.2 实验结果与评价  59-60
  6.4 基于业务同步的服务永续实验  60-63
    6.4.1 实验说明  62
    6.4.2 实验结果与评价  62-63
  6.5 三种方案评测  63-66
  6.6 本章小结  66-67
7 总结与展望  67-69
  7.1 全文总结  67
  7.2 后期工作  67-69
参考文献  69-71
致谢  71

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