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云平台下可扩展分布式协调服务研究

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1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 课题背景与研究内容

1.4 论文的组织结构

2 云平台下可扩展协调服务系统总体设计

2.1 系统设计思想

2.2 系统整体概述

2.3 系统体系架构与功能模块

2.4 系统工作机制与处理流程

2.5 本章小结

3 云平台下可扩展协调服务系统关键技术

3.1 可扩展协调服务系统下的协调服务原语

3.2 可扩展协调服务系统下动态成员管理机制

3.3 可扩展协调服务系统一致性协议

3.4 本章小结

4 系统测试与分析

4.1 测试环境

4.2 性能测试

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间参与的主要科研项目

附录2 攻读学位期间申请的国家软件注册版权目录

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摘要

云计算和大数据盛行的今天,云服务和数据处理分析通常建立在万级甚至百万级规模的机器平台上。在如此规模的集群中,软硬件失效概率增大,这给系统可靠容错提出了很大的挑战,对此通常采协调服务来解决问题。当前常见的协调服务系统(如Chubby和ZooKeeper)采用中心化架构来协调数据一致性,存在扩展性差和更新效率低等问题。针对云平台协调服务的规模较大、协调服务的多样化的特点,如何提高协调服务系统的动态可扩展性、如何提高服务效率、如何在服务节点失效后快速恢复都是协调服务系统必须解决的问题。
  云平台下可扩展协调服务系统包含协调服务原语、动态成员管理和一致性协议三个组成部分。协调服务原语采用内存数据组织方式和数据变更的监听机制来实现复杂的协调服务原语和数据存取服务。动态成员管理采用中间节点交叉树林的拓扑结构来组织服务节点,保证服务负载均衡和失效快速恢复,通过数据分发路径冗余的方式来提高数据分发的可靠性,另外为一致性协议层提供成员分组的结构。一致性协议层基于分组实现新的paxos协议:group paxos,以此解决传统paxos中间节点瓶颈的问题,来提高一致性协议的性能和扩展性。
  云平台下可扩展协调服务采用C++语言开发,运行在windows和linux操作系统上,目前已经在Github平台开源。测试表明,云平台下可扩展协调服务系统在数据更新效率不会随着节点的增加而明显下降,服务的扩展能力和更新性能比较好,节点失效恢复效率比ZooKeeper有明显地提高。

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