Freie Univ., Diss.--Berlin, 1999.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

Tübingen, Univ., Diss., 2005.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--München.

University, Diss., 2001--München.

Universiẗat, Diss., 2004--München.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Universiẗat, Diss., 2000--Bonn.

Replikation kann helfen, in einem verteilten System die Fehlertoleranz und Datensicherheit zu verbessern. In Systemen, die über Weitverkehrsnetze kommunizieren oder mobile Endgeräte einschließen, muß das Replikationssystem mit großen Kommunikationslatenzen umgehen können. Deshalb werden in solchen Systemen in der Regel nur asynchrone Replikationsalgorithmen mit schwach-konsistenter Änderungssemantik eingesetzt, da diese die lokale Annahme von Änderungen der Daten und deren Koordinierung mit anderen Replikaten entkoppeln und somit ein schnelles Antwortverhalten bieten können. Diese Dissertation stellt einen Ansatz für die Entwicklung schwach-konsistenter Replikationssysteme mit erweiterten kausalen Konsistenzgarantien vor und weist nach, daß auf seiner Grundlage effiziente Replikationssysteme konstruiert werden können. Dazu werden Mechanismen, Algorithmen und Protokolle vorgestellt, die Änderungen an replizierten Daten aufzeichnen und verteilen und dabei Kausalitätsbeziehungen erhalten. Kern ist ein Änderungsprotokoll, das sowohl als grundlegende Datenstruktur der verteilten Algorithmen agiert, als auch für die Konsistenz der lokalen Daten nach Systemabstürzen sorgt. Die kausalen Garantien werden mit Hilfe von zwei Algorithmen erweitet, die gleichzeitige Änderungen konsistent handhaben. Beide Algorithmen basieren auf der Beobachtung, daß die Divergenz der Replikate durch unkoordinierte, gleichzeitige Änderungen nicht unbedingt als Inkonsistenz gesehen werden muß, sondern auch als das Erzeugen verschiedener Versionen der Daten modelliert werden kann. Distributed Consistent Branching (DCB) erzeugt diese alternativen Versionen der Daten konsistent auf allen Replikaten; Distributed Consistent Cutting (DCC) wählt eine der Versionen konsistent aus. Die vorgestellten Algorithmen und Protokolle wurden in einer Datenbankimplementierung validiert. Mehrere Experimente zeigen ihre Einsetzbarkeit und helfen, ihr Verhalten unter verschiedenen Bedingungen einzuschätzen. / Data replication techniques introduce redundancy into a distributed system architecture that can help solve several of its persistent problems. In wide area or mobile systems, a replication system must be able to deal with the presence of unreliable, high-latency links. Only asynchronous replication algorithms with weak-consistency guarantees can be deployed in these environments, as these algorithms decouple the local acceptance of changes to the replicated data from coordination with remote replicas. This dissertation proposes a framework for building weak-consistency replication systems that provides the application developer with causal consistency guarantees and mechanisms for handling concurrency. By presenting an integrated set of mechanisms, algorithms and protocols for capturing and disseminating changes to the replicated data, we show that causal consistency and concurrency handling can be implemented in an efficient and versatile manner. The framework is founded on log of changes, which both acts the core data structure for its distributed algorithms and protocols and serves as the database log that ensures the consistency of the local data replica. The causal consistency guarantees are complemented with two distributed algorithms that handle concurrent operations. Both algorithms are based on the observation that uncoordinated concurrent operations introduce a divergence of state in a replication system that can be modeled as the creation of version branches. Distributed Consistent Branching (DCB) recreates these branches on all participating processes in a consistent manner. Distributed Consistent Cutting (DCC) selects one of the possible branches in a consistent and application-controllable manner and enforces a total causal order for all its operations. The contributed algorithms and protocols were validated in an database system implementation, and several experiments assess the behavior of these algorithms and protocols under varying conditions.

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