Программный проект на тему Разработка фреймворка для практических заданий по распределенным системам

Содержание




1 Аннотация
3

1.1
Аннотация
3

1.2 Annotation
3

1.3
Ключевые слова
3


2 Введение
3

2.1
Актуальность
3

2.2
Постановка задачи
4

3 Обзор существующих решений
5

3.1
DSLabs: model checking для тестирования решений студентов
5

3.2
IronFleet: Floyd-Hoare тестирование
6

3.3 Verdi: набор инструментов для написания и проверки распределенных алгоритмов
7

3.4
Оценка рассматриваемых работ
7

3.5
Описание существующей тестирующей системы
9

4 Описание предлагаемого алгоритма
10

4.1
Тестирование с помощью Model Checking
10

4.2
Необходимые данные для реализации Model Checking
10

4.3
Подмена состояний процессов
11

4.4
Обход состояний системы
11

4.5
Ускорение работы алгоритма тестирования
11

4.6
Проверка состояний системы
12

4.7
Отладка решения
12

5 Результаты
13

5.1
Обход графа состояний
13

5.2
Время работы алгоритма тестирования
13

5.3
Тесты
14

5.3.1 Тесты на алгоритм Broadcast
14

5.3.2 Тесты на алгоритм Membership
16

5.3.3 Тесты на алгоритм kv-sharding
17

6 Заключение
18

Список литературы
20

2.1 Актуальность

Современные приложения должны выдерживать большие нагрузки и быть постоянно доступными для пользователей. Для удовлетворения этих потребностей приходится разделять выполнение запросов на несколько компьютеров, ведь в текущих реалиях мощности одного хоста может быть недостаточно, также он может отключаться или сеть может стать недоступной. При таком разделении возникает распределенная система,



3

это множество компьютеров, которые работают одновременно и выглядят как один для пользователя.

Для правильной работы распределенных систем необходимо научиться координировать компьютеры при выполнении запросов, для этого придуманы специальные алгоритмы, которые будут помогать поддерживать консистентность данных и отказоустойчивость хостов. Примерами таких алгоритмов являются: алгоритмы выбора лидера, алгоритмы консенсуса, алгоритмы репликации и тому подобные.

Для использования алгоритмов в приложении, необходимо тщательно тестировать их. Однако тестирование — довольно сложная задача, ведь нужно учесть все возможные ситуации, которые могут случиться в реальной жизни. Необходимо проверить, что в рамках одного хоста, алгоритм ведет себя корректно при всех возможных командах. Также необходимо проверить, что связки хостов работают правильно при падении нескольких. Сеть также может работать по-разному: хосты могут становиться недоступными, сообщения могут доставляться в разном порядке. Для признания алгоритма правильным, необходимо проверить все возможные последовательности запросов к системе и поведения хостов и сети. Однако это невозможно, поэтому необходимо придумать подход, который работает достаточно быстро и выявляет возможные ошибки в реализации алгоритмов.

2.2 Постановка задачи

Дана готовая реализация алгоритма на распределенной системе. Написан код процессов. Они обмениваются между собой сообщениями и имеют определенные состояния связанные с данным алгоритмом. Реализована сеть, которая передает сообщения от одного хоста другому. В реальности сеть может вести себя различным образом: сообщения могут теряться, дублироваться либо менять свой порядок.

В данной работе модифицируется тестирующая система, которая позволяет проверять данные алгоритмы на корректность. Необходимо убедиться, что алгоритм удовлетворяет свойству safety, то есть никакие опасные ситуации никогда не случатся в системе, и свойству liveness, что алгоритм делает прогресс во время работы и достигает финального результата. Фреймворк позволяет моделировать различное поведение сети

и проверять корректность алгоритма. Model Checking заключается в



4

переборе всех возможных вариантов поведения сети, то есть фреймворк перебирает все возможные события в системе из текущего состояния, затем делает то же самое для новых полученных состояний.

Добрый день! Уважаемые студенты, Вашему вниманию представляется курсовая работа на тему: «Программный проект на тему Разработка фреймворка для практических заданий по распределенным системам»

1 Аннотация


1.1 Аннотация

Распределенные системы широко используются в современных приложениях. Чтобы написать правильный алгоритм для распределенных систем, разработчикам нужны специальные методы их тестирования. То же самое касается студентов, обучающихся по специальностям, связанным с программированием распределенных систем. В данной работе модифицируется фреймворк dslib, предназначенный для тестирования алгоритмов студентов. Основная суть фреймворка заключается в возможности моделировать поведение сети и проверять состояние каждого процесса на соответствие определенному набору инвариантов. Результатом работы является модификация фреймворка dslib, реализованная в системе тестирования работ студентов.

1.2 Annotation

Distributed systems are widely used in modern applications. To write the correct algorithm for distributed systems developers need special methods to test them. Same thing for students who study in specialities related to the programming of distributed systems. In this paper, we modify the dslib framework designed for testing student algorithms. The main essence of the framework is the ability to model the behavior of the network and check the state of each process for compliance with a certain set of invariants. The result of the work is a modification of the dslib framework implemented in the system of testing students ' works.

1.3 Ключевые слова

Распределенные системы; Тестирование; Распределенные алгоритмы; model checking; distributed systems;