Mutable checkpoints: a new checkpointing approach for mobile computing systems

Abstract

AbstractÐMobile computing raises many new issues such as lack of stable storage, low bandwidth of wireless channel, high mobility, and limited battery life. These new issues make traditional checkpointing algorithms unsuitable. Coordinated checkpointing is an attractive approach for transparently adding fault tolerance to distributed applications since it avoids domino effects and minimizes the stable storage requirement. However, it suffers from high overhead associated with the checkpointing process in mobile computing systems. Two approaches have been used to reduce the overhead: First is to minimize the number of synchronization messages and the number of checkpoints; the other is to make the checkpointing process nonblocking. These two approaches were orthogonal previously until the Prakash-Singhal algorithm [28] combined them. However, we [8] found that this algorithm may result in an inconsistency in some situations and we proved that there does not exist a nonblocking algorithm which forces only a minimum number of processes to take their checkpoints. In this paper, we introduce the concept of ªmutable checkpoint,º which is neither a tentative checkpoint nor a permanent checkpoint, to design efficient checkpointing algorithms for mobile computing systems. Mutable checkpoints can be saved anywhere, e.g., the main memory or local disk of MHs. In this way, taking a mutable checkpoint avoids the overhead of transferring large amounts of data to the stable storage at MSSs over the wireless network. We present techniques to minimize the number of mutable checkpoints. Simulation results show that the overhead of taking mutable checkpoints is negligible. Based on mutable checkpoints, our nonblocking algorithm avoids the avalanche effect and forces only a minimum number of processes to take their checkpoints on the stable storage.

Uma ponte entre as abordagens sincrona e quase-sincrona para checkpointing

“…Porém, a suspensão da aplicação reduz o desempenho do sistema. Na tentativa de se obter um desempenho melhor para a aplicação, os protocolos síncronos não-bloqueantes permitem que todos os processos gravem checkpoints a cada construção consistente sem suspender as atividades da computação [9,7,8,30]. Cao e Singhal propuseram um novo tipo de checkpoint, chamado de checkpoint mutável, que é facilmente manipulado pois pode ser salvo em memória não-estável [7,8].…”

“…Na tentativa de se obter um desempenho melhor para a aplicação, os protocolos síncronos não-bloqueantes permitem que todos os processos gravem checkpoints a cada construção consistente sem suspender as atividades da computação [9,7,8,30]. Cao e Singhal propuseram um novo tipo de checkpoint, chamado de checkpoint mutável, que é facilmente manipulado pois pode ser salvo em memória não-estável [7,8]. Os checkpoints mutáveis são armazenados para evitar a formação de checkpoints globais inconsistentes e são transferidos para memória estável apenas quando são necessários para uma construção consistente, garantindo assim a minimalidade no número de checkpoints em memória estável (checkpoints estáveis) [8].…”

“…• Verificação da relação de continência do conceito de z-dependência proposto para os protocolos síncronos [10,7] na relação de z-precedência utilizada pelos protocolos quase-síncronos [16]. A z-precedência é uma outra interpretação do conceito de zigzag paths e foi adotado na maioria das provas descritas nesta tese.…”

“…Porém, Cao e Singhal mostraram que este protocolo pode resultar em inconsistências e propuseram uma correção para o protocolo de Prakash e Singhal [9] (Seção C.2). Cao e Singhal introduziram o conceito de checkpoints mutáveis e propuseram então um protocolo que relaxa a condição de minimalidade, garantindo apenas um número minimal de checkpoints salvos em memória estável [7,8]. Um checkpoint mutável é salvo em memória não-estável e pode ser facilmente manipulado.…”

“…O primeiro e mais conhecido protocolo síncrono não-bloqueante utiliza canais de comunicação FIFO confiáveis e o envio de controle por todos os canais de comunicação para que todos os processos armazenem seus checkpoints na formação de um checkpoint global consistente [11]. Recentemente, foram propostos protocolos síncronos não-bloqueantes que reduzem o número de checkpoints salvos em memória estável e ainda assim, garantem a formação de checkpoints globais consistentes [9,7,8,28]. Estes protocolos originalmente foram baseados em protocolos síncronos existentes, porém notamos que estes possuem não somente características de protocolos síncronos (como sincronizar o armazenamento de checkpoints), mas também necessitam propagar informações de controle com as mensagens da aplicação para induzir ou não checkpoints forçados impedindo inconsistências, ou seja, os protocolos síncronos não-bloqueantes necessitam de mecanismos como os propostos pelos protocolos quasesíncronos.…”