Architecture des systèmes pair-à-pair de gestion de données Gabriel Antoniu Projet PARIS IRISA/INRIA

2DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Quest-ce que le pair-à-pair ? Une architecture de système distribué : Sans contrôle centralisé Symétrie fonctionnelle des nœuds Une architecture pour la très grande échelle Nœud Internet

3DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Le modèle pair-à-pair Caractéristiques Haute dynamicité – Composition et topologie du réseau Extensibilité Haute disponibilité – Réplication Applications Partage de données Messagerie instantanée Calcul global

4DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Recherche dun objet dans un réseau pair-à-pair Problème : trouver une donnée à partir dun mot-clé Nœud Internet ?

5DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation centralisée : Napster Goulot détranglement Taille du répertoire central : O(n) Vulnérabilité Internet BD ? Publication Transfert 3 1 2

6DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation par inondation : Gnutella Coût élevé (grand nombre messages) Réponse partielle Internet ? ? 2 ? ? ?

7DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation dun objet Sources des difficultés Comment obtenir des réponses pertinentes ? Placement arbitraire des objets Simplifier le problème Une clé unique pour chaque objet Affectation « intelligente » des clés aux nœuds Trouver lobjet à partir de clé Solution : table de hachage ! Internet ?

8DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation par hachage Approche totalement distribuée Localisation exacte et efficace Equilibrage de charge (tables de routage, trafic) Extensible Internet Localiser (clé) Publier (clé, objet) 1 2

9DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Défis Minimiser le nombre de sauts Minimiser la taille des tables de routage Réagir efficacement à la dynamicité Freenet (I. Clarke) : anonymat Chord (MIT) : efficacité et simplicité Tapestry (Berkeley) : introspection et auto- maintenance Pastry (Rice/MSR) : extensibilité

10DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Exemple : Chord Hachage clé -> successeur N32 N10 N100 N80 N60 Espace circulaire des ID (m bits) Les clés et les nœuds ont des identifiants uniques sur m bits Successeur : le plus petit ID(noeud) ID(clé) K33, K40, K52 K11, K30 K5, K10 K65, K70 K100 Clé Noeud 0 2 m-1 1

11DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation N32 N10 N5 N20 N110 N99 N80 N60 N40 Où est la clé 50? La clé 50 est sur le noeud 60

12DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Tolérance aux fautes : Listes de successeurs N32 N10 N5 N20 N110 N99 N80 N60 Chaque nœud mémorise r successeurs Les nœuds morts peuvent être ignorés N40 10, 20, 32 20, 32, 40 32, 40, 60 40, 60, 80 60, 80, 99 80, 99, , 110, 5 110, 5, 10 5, 10, 20

13DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Efficacité : Table des raccourcis N10 ½ ¼ 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 N mémorise raccourci[k] = Successeur(N + 2 k -1)

14DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation en O(log N) sauts N32 N10 N5 N20 N110 N99 N80 N60 Localiser(K19) K19

15DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Insertion dun nœud N36 N40 N25 1. Localiser(N36) K30 K38

16DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Insertion dun nœud (2) N36 N40 N25 2. N36 positionne son successeur K30 K38

17DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Insertion dun nœud (3) N36 N40 N25 3. Copie des clés depuis N40 vers N36 K30 K38 K30

18DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Insertion dun nœud (4) N36 N40 N25 4. Positionner successeur(N25) K30 K38 K30

19DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Localisation dans Chord Résumé API : localisation(clé) adresse IP Chord ne stocke pas les données Simplicité Efficacité: O(log N) sauts N est le nombre total de nœuds Extensibilité: taille des tables O(log N) Tolérance aux fautes

20DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Table de hachage distribuée get (clé) valeur put(clé, valeur) Service de localisation localiser(clé) Adresse IP DHash distribue les données sur plusieurs nœuds (DHash) (Chord) nœud ….

21DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Rôle de la couche de gestion des données (DHash) Put(clé, valeur) et get(clé) valeur Un bloc= une paire clé/valeur Utilise Chord pour le stockage des blocs Tolérance aux fautes : réplication des blocs Equilibrage de charge : cacher les blocs Authentification du contenu des blocs

22DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA DHash : réplication des blocs sur r successeurs N40 N10 N5 N20 N110 N99 N80 N60 N50 Bloc 17 N68 Réplicas faciles à trouver en cas de panne du successeur Hachage des IDs -> pannes indépendantes

23DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Gestion des réplicas par le premier successeur N40 N10 N5 N20 N110 N99 N80 N60 N50 Bloc 17 N68 Copie de 17

24DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA CFS : Système de fichiers pair-à-pair Table de hachage distribuée Système de fichiers en lecture seule get(clé) valeur nœud …. put(clé, valeur) Service de localisation localiser(clé) Adresse IP Les fichiers ont des noms uniques CFS découpe le fichier en blocs et les stocke grâce à DHash (DHash) (Chord) (CFS) insert(fichier)lookup(fichier) fichier

25DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA La couche CFS CFS interprète les blocs DHash Blocs de données Blocs de méta-données Racine signature H(I) I H(D) D H(F) F B1 B2 H(B1) H(B2) RépertoireI-nœud répertoire Exemple : /D/F … … … …

26DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Combiner localisation et routage : Pastry, Tapestry Système de stockage de fichiers route(msg, clé) Service de localisation et routage Les données sont envoyées à des IDs, non à des adresses IP Pas (forcément) de découpage en blocs (PAST, Oceanstore) insert(fichier)lookup(fichier)fichier nœud …. (Pastry, Tapestry) reply

27DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Gestion de données modifiables : Ivy Table de hachage distribuée Système de fichiers modifiables get(clé) valeur nœud …. put(clé, valeur) Service de localisation localiser(clé) Adresse IP Nouveau bloc pour chaque modification sur Ivy Ecrivains multiples : un journal par utilisateur Faible nombre dutilisateurs (DHash) (Chord) (Ivy) insertlookup read/write

28DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Gestion de données modifiables : OceanStore

29DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Dissémination des fragments Hypothèse : peu de modifications

30DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Conclusion Résultats significatifs Stratégies de localisation Extensibilité Disponibilité Gestion de la dynamicité Tolérance aux fautes Applications : stockage persistant et partage en lecture seule To do list Plates-formes dévaluation expérimentale réaliste Prise en compte dautres applications – Calcul scientifique

31DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Stockage pour le calcul scientifique : quelques problèmes Partage de données modifiables Peu décrivains Peu de modifications Modèle de cohérence ? Partage de données structurées Gestion de matrices distribuées Prise en compte de la topologie réseau Hiérarchie Liens haut-débit Sécurité, authentification

32DataGRAAL - 30/31 janvier 2003Gabriel Antoniu, projet PARIS, IRISA/INRIA Ecole DRUIDE 2004 DistRibUtIon de Données à grande Echelle CNRS, INRIA, ARP, ACI Port aux Rocs (Bretagne) Mai 2004