MIT 6.824 Fault-Tolerant Virtual Machines 论文精读-优快云博客

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本文深入探讨MIT 6.824课程中的Fault-Tolerant Virtual Machines设计，重点讲解确定性重播实现、故障检测与响应策略以及实际部署中的挑战，阐述如何构建基于状态机的高可用分布式系统，确保在服务器故障时能够无缝切换并保持数据一致性。

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文章目录

概述
Introduction
基本FT设计
Practical Implementation of FT

概述

本文是MIT 6.824 Lec4的先修内容。

Introduction

实现一个fault-tolerant系统基本上由两种设计思路：

主从备份：这种方法backup server的状态必须时刻与master server保持同步，这样master宕机后，backup才可以立刻变为新的master。但保持相同的状态需要master不断地发送自己地状态信息，需要占用大量带宽。
状态机：这种方法将servers看成是由确定状态组成地状态机。每个server都从相同地初始状态出发，并且保证它们以相同地顺序接受相同地输入。对于不确定性地输入，需要额外地操作来协同servers间地状态。这种方式所需要传送地数据量大大少于第一种方法。

VM设计了一套建立在Hypervisor之上的基于状态机的高容错分布式系统架构。 在物理机上确保确定性执行是困难的，因为其会接收到很多不确定输入（如定时器中断）。Hypervisor 对硬件进行模拟和控制，可以捕获到这些不确定输入的所有相关信息，使得 backup 可以重放这些不确定输入。 因为我们讨论的故障主要是指服务器故障，因此不同的虚拟机要位于不同的物理机上，否则便失去了容错的意义。

基本FT设计

VM FT的基本架构如下图所示。
在这里插入图片描述
primary vm和backup vm运行在不同的物理机上，并且都可以访问到shared disk server。对于外界来说，只知道primary vm的存在，因此所有的输入（网络，鼠标，键盘等）都发送到primary vm。primary vm收到输入后，通过logging channel的网络连接发送给backup vm，以保证两者的状态相同。backup vm的执行结果与primary vm相同，但是只有primary vm将结果返回给clients，backup vm的执行结果被hypervisor抛弃。系统使用primary vm和backup vm之间的心跳包和logging channel上的流量监控来检测primary vm或backup vm是否存活。必须保证同时只存在一个primary vm，来防止brain split的情况发生。