Отзыв оппонента 2 (Модели процессов согласования реплик в базах данных NoSQL)

отзыв официального оппонента Саакяна Игоря Эдуардовича на диссертацию Цвященко Евгения Васильевича «Модели процессов согласования реплик в базах данных ХоБЯЬ», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.17 — «Теоретические основы информатики».

Актуальность темы диссертации. В последнее время при разработке больших систем (Вц Ра1а) стали широко применять базы данных МоЯ~Ь, т.к. они обладают высокой отказоустойчивостью (за счет автоматической многократной репликации записей БД)„горизонтальной масштабируемостью (до нескольких тысяч узлов), а также поддерживают автоматическое распределение данных по узлам системы. В отличие от реляционных баз данных здесь возникает проблема согласования реплик записей, т.к. ХоЯ)Ь не поддерживают в полной мере ведение АСТО-транзакций. Существуют разные механизмы обеспечения согласованности и много параметров, влияющих на качество согласования данных в МоБЯЬ.

Подобрать значения этих параметров на работающей системе не представляется возможным из-за большого числа таких параметров и ограниченных возможностей по экспериментированию на действующем объекте. Дешевле и быстрее это сделать адекватными математическими моделями на этапе проектирования системы. Поэтому разработка таких моделей является актуальной задачей. Анализ содержания диссертации. Представленная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Во введении автор обосновывает актуальность решаемой задачи разработки моделей процессов согласования реплик в базах данных ХоЯ)Ь, формулирует цель работы, научную новизну и практическую ценность работы. В первой главе автор анализирует преимущества и недостатки реляционных баз данных и ХоБЯЬ, описывает суть проблемы согласования реплик в базах данных ЫоБЯЬ. Обзор литературы, приведенный в первой главе по теме диссертации, показал 1) наличие методов повышения качества согласованности за счет введения дополнительных элементов в различные части системы, 2) наличие математических и экспериментальных методов оценки показателей согласования реплик.

Автор приводит аргументы, показывающие, что аналитические модели не являются адекватными, а экспериментально полученные результаты не являются общими. Сделан вывод о том, что актуальна задача разработки адекватных моделей, позволяющих на этапе проектирования информационных систем, использующих МоЯЯЬ для хранения и обработки данных, прогнозировать показатели согласования реплик.

Во второй главе автор разрабатывает аналитические и имитационные модели процессов согласования реплик. Они настраиваются на большое число параметров, влияющих на качество согласования. 1. Модель согласования реплик в конечном счете, учитывающая синхронный и асинхронный способы распространения обновлений от координатора к репликам. Модель новая, она позволяет оценить вероятность чтения устаревших данных. Эта модель аналитическая и отражает процесс распространения обновления записи по ее репликам (копиям). Формулы модели строго доказаны с использованием математического аппарата теории вероятностей. 2. Модель строгого согласования реплик.

Она позволяет оценивать характеристики случайного времени задержки чтения записи из обновленного кворума серверов. Это новая модель, она разработана на основе результатов исследований рекуррентного входящего потока, выполненных Риорданом. Выражение для преобразования Лапласа-Стилтьеса (ПЛС) функции распределения вероятностей времени задержки чтения записи получено строго. Для вычисления моментов (математического ожидания) случайного времени автор предлагает использовать методы численного дифференцирования.

И это оправдано, т.к. выражение для ПЛС достаточно сложное и его точное (ручное) дифференцирование крайне затруднено. 3. Модель процесса ведения версий записи. Модель новая, она позволяет оценивать средние значения и правые границы доверительных интервалов числа версий записи и времени обработки версий записи (вариант 1) или их обновлений (вариант 2). Каждый вариант модели может быть полезен для конкретной предметной области. Модель является имитационной, это связано с большими трудностями представления функции распределения вероятностей числа версий записи в аналитическом виде, 4. Модель процесса отказа и восстановления доступа к записи в базах данных МоБЦЕ.

Она позволяет оценить вероятность отказа в доступе к записи при наличии Х реплик, хранящихся на разных узлах системы. Это модифицированная модель «ремонтника» в нотации Клейнр ока. Новизна заключается в доработке модели «ремонтника» с целью учесть наличие нескольких реплик записи. Автор приводит сравнение аналитической и имитационной моделей для сложной функции распределения вероятностей времени устранения неисправности ремонтной бригадой и автоматического восстановления данных на отремонтированном узле. При этом показано, что для случая, когда можно «уловить» отказы, результаты, полученные на аналитической и имитационной моделях, практически совпадают.

Это свидетельствует о достоверности аналитической модели. В третьей главе приведены результаты натурных экспериментов, подтверждающие адекватность (достоверность) разработанных во 2-й главе математических моделей. Для анализа адекватности разработанных моделей была выполнена серия натурных экспериментов в облачном кластере размером до 24 узлов с использованием базы данных ХоЯЯ?. КлаЕ Автор описывает экспериментальную установку, прикладные программы, запускаемые на узлах этого кластера.

Т.к. использовались виртуальные узлы, для которых зачастую нельзя точно установить характеристики некоторых ресурсов, выполнена адаптация моделей. Полученные средние относительные погрешности (4-8',4) моделирования процессов согласования реплик позволяют сделать вывод, что разработанные модели являются достаточно адекватными и могут быть использованы при проектировании систем ХоКЯ1,. В четвертой главе автор описывает структуру, пользовательский интерфейс и особенности разработанного инструментального средства, позволяющего автоматизировать расчеты по разработанным моделям.

Данное программное обеспечение может быть использовано на стадии проектирования информационной системы, использующей базу данных ХоЯ~?. для хранения и обработки данных. Программное средство позволяет в наглядном виде получать результаты расчетов показателей согласования реплик. Это свидетельствует о практической значимости работы. В пятой главе представлены результаты использования моделей и инструментального средства на этапе проектирования системы «Надзор за заболеваемостью - ХоЯ6.» для выбора параметров репликации (Х, %, К) сегментов хранилища. Рассматривается аналитический модуль системы, выполняется моделирование процессов согласования реплик для случая экстремальной нагрузки на систему в случае эпидемии.

Проведенные модельные эксперименты для кластера из 15 виртуальных узлов и базы данных ЫаК позволили осуществить выбор параметров репликации, которые обеспечивают требуемые ограничения на показатели производительности, согласованности и отказоустойчивости. Полученные рекомендации можно считать достоверными, т.к. они были получены с использованием адекватных моделей. Ыаучная новизна. На основе проведенного анализа можно сделать вывод, что в диссертации разработаны следующие новые математические модели: 1) модель согласования реплик в конечном счете, учитывающая синхронный и асинхронный способы распространения обновлений от координатора к репликам, 2) модель строгого согласования реплик, 3) модель процесса ведения версий записи, 4) модель процесса отказа и восстановления доступа к записи в базах данных ХоЯ( 1.. Практическая ценность.

Для практического использования полученных теоретических результатов разработано инструментальное средство анализа баз данных ХоЯЯ1., позволяющее оценивать показатели согласованности реплик в процессе обновления записи БД, ведения версий записи, отказов и восстановления доступа к записи БД на этапе проектирования информационной системы. Инструментальное средство использовано на практике при проектировании конкретной информационной системы Ыо5~(~. (глава 5). Это свидетельствует о практической ценности работы. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Формулы, предложенные в аналитических моделях согласования реплик в конечном счете, строгого согласования реплик, процесса отказа и восстановления доступа к записи, обоснованы (строго доказаны). Имитационная модель ведения версий записи адекватно отражает соответствующие реальные процессы, реализованные в ХоЯЯ?. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций исследования подтверждается тем, что результаты моделирования отличаются от результатов натурных экспериментов не более, чем на 8'.4.

Это свидетельствует о том, что разработанные модели являются адекватными. Результаты диссертации достаточно полно представлены в публикациях автора. По теме диссертации опубликовано 15 статей, из которых 9 — в журналах из списка ВАК РФ, одна публикация цитируется в ЯСОРСБ. Работа апробирована на четырех международных конференциях. Диссертация написана ясным и четким языком. Автореферат полностью отражают содержание диссертации. Замечания по диссертационной работе: 1. В диссертации рассматриваются модели анализа только существующих способов согласования реплик, новые методы повышения качества согласованности не предлагаются. 2. Базы данных ХоБЯ1.

целесообразно использовать при работе с большими данными (В1я Оага). В пятой главе описано хранилище, размер которого не превышает 0.5 ТБ. 3. Полученные при разработке моделей формулы не учитывают влияние фоновой загрузки ресурсов на показатели согласованности реплик. 4. В третьей главе работы описываются натурные эксперименты, при подготовке которых нет упоминаний о методах из теории планирования экспериментов. Заключение по работе С учетом совокупности полученных соискателем результатов считаю, что представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи, а полученные результаты представляют собой практическую значимость.