Verificación de invariantes en tipos de datos replicados con consistencia mixta

• Autores: Bokser, Brian Ariel
• Año de publicación: 2019
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Melgratti, Hernán Claudio; Roldán, Christian Hugo
• Materia: VERIFICACION; CONSITENCIA DEBIL; SISTEMAS DISTRIBUIDOS; CRDTS; TEOREMA CAP; VERIFICATION; WEAK CONSISTENCY; DISTRIBUTED SYSTEMS; CRDTS; CAP THEOREM
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los sistemas geográficamente distribuidos replican su estado sobre diferentes nodos (llamados también réplicas) con el fin de satisfacer requerimientos no-funcionales como la alta disponibilidad. Sin embargo, dado que la comunicación entre réplicas es asincrónica, los usuarios de estos sistemas pueden, temporalmente, observar discrepancias en la información debido a que acceden a distintas réplicas. Por lo tanto, razonar sobre la correctitud de sistemas geo-replicados se convierte en una tarea difícil. Es así como hoy en día existe la necesidad de contar con herramientas que nos permitan especificar, modelar y analizar sistemas geo-replicados. Los tipos de datos replicados han sido propuestos a tal fin. Los tipos de datos replicados son análogos a los tipos de datos abstractos, pero sus operaciones tienen en cuenta los distintos niveles de consistencia, es decir, las anomalías o inconsistencias que el sistema puede aceptar hasta que las réplicas converjan a el mismo estado. En esta tesis abordamos el problema de probar invariantes de datos sobre tipos de datos replicados. Como modelo formal de computación de sistemas geo-replicados adoptamos quelea, un modelo formal de consistencia mixta, es decir, que permite combinar operaciones con diferentes niveles de consistencia. Si bien QUELEA está equipado con un lenguaje de contratos que permite razonar sobre la consistencia de las operaciones, no provee herramientas que permitan escribir y probar invariantes de datos a nivel aplicación. Concretamente, proponemos una técnica para probar invariantes de datos sobre el framework QUELEA. Para ello, proponemos una semántica operacional alternativa que garantiza una propiedad de consistencia conocida como visibilidad causal. Luego, presentamos un conjunto de proof-rules que permiten verificar invariantes de datos y finalmente ilustramos como estas proof-rules pueden implementarse en F* , un lenguaje de programación que descarga pruebas sobre un SMT solver.
Geographically distributed systems replicate their state over different nodes (called replicas) aiming at satisfying non-functional requirements such as high availability. However, given that communication between replicas is asynchronous, users of such systems may access different replicas and thus temporarily observe different information. Because of this, reasoning about the correctness of geo-replicated systems is a hard task. Then, nowadays tools that allow you to specify, model and analyze geo-replicated systems are needed. To that end, Replicated Data Types were proposed. Replicated Data Types are analogous to abstract data types, but their operations take into account different consistency levels, that is to say, anomalies or inconsistencies that the system may accept until replicas converge to the same state. In this thesis, we address the problem of proving data integrity invariants over replicated data types. As a formal computing model of geo-replicated systems we adopt quelea, a model of mixed consistency, by which we mean that it allows combining operations with different consistency levels. Even if QUELEA is equipped with a contract language that allows reasoning over operations consistency, it does not provide tools that allow you to write nor prove application invariants. Concretely, we propose a technique to prove data invariants over the QUELEA framework. To that end, we propose an alternative operational semantics that guarantees a consistency property called causal visibility. Thereafter, we present a set of proof-rules that allow verification of data invariants, and finally illustrate how these proof-rules may be implemented in F* , a programming language which relies on an SMT solver for proof automation.
Fil: Bokser, Brian Ariel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.