Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9 , p p.   5211 ~ 52 17   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 9 i 6 . pp5211 - 52 17           5211       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Novelty  cir cular  neighbo rin g t ech niq ue using re ac t ive fault   toleranc e metho d       Ah m ad   Shu kr i Mohd  N oo r , Nur  Far hah  Mat   Z ian, N oor H afhiz ah   A bd Ra him,   Rabiei  Mam at,  W an   Nu r  Ami ra  W an  Az man   Depa rtment  o f  C om pute r  Scie n ce,  School   of  In for m at ic s a nd   Appl ie d  Ma the m at i cs ,     Univer sit i  Mal a y sia   T ere ngg anu ,   Mal a y s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec  20 , 201 8   Re vised  A pr 18 , 2 01 9   Accepte d  J un   11 , 201 9       The   availa b il i t y  of  the   dat a  in   a  distri bute d  sy stem  ca n  be  i ncr ea se  b y   implementi ng  fa ult   tolera n ce   m e cha nism   in  the   s y stem.  R ea c ti v e   m et hod  in  fau lt  tolera nc e  m ec hani sm   dea l s  with  rest art ing   the  failed   s erv i ce s,  p lacin g   red undant  copie s  of  data  in  m ul ti p le  nodes  ac ro ss   net work,  in  o the r  words   dat a  rep l ic a ti on  and  m igra ti ng   th e  data  for   rec ov er y .   Eve n  if  th e  ide a  o f  da t a   rep lication  is  solid,   the   ch al l enge  is  to  choose   the   right   rep li c ation   te chni qu e  tha t  ab le   to  pr ovide   better   da ta   avail abi l ity   a s  well   as   consiste nc y   th a t   invol ves  rea d  and  write   oper at ions  on  the   red undant   cop i es.   Circ ul ar   Neighbor ing  Re pli c at ion  (CNR)   te chn ique   exploits  nei ghbor ing   poli c y   in   rep licating  the   d at a  item s  in  the   s y stem  per form s   well   with  reg ar ds  to  lower   copi es  ne ede d   to  m ai n t ai n   the   s y stem  ava i la bi li t y   at  the   h ighe st .     In  a  per form an c e  anal y s is  with  exi sting  te chn iq ues,   result s  sho w  tha t  CNR  improves  sy st e m   ava il ability   b y   av era g e  37%  b y   offe r ing  onl y  two  rep li c as   nee ded  to  m ai nt ai n  da ta   av ai l ability   and  consistenc y .   Th e  stud y   d emons tra te s   the   poss ibi lit y   o f  the   proposed  t ec hniqu e  and  th e  pote n ti a l  of  d epl o y ing  in  la rge r   and   compl ex  env ironment.   Ke yw or d s :   Distrib uted  c om pu ti ng   Fault t olera nce   Re plica ti on   Syst e m  av ai la bili t y   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ah m ad  S hukri   Mohd  Noo r,     Dep a rtm ent o f C om pu te r  Scie nce,   Scho ol of  Inform at ic s an d Appli ed  Ma t hem atics,   Un i ver sit i M al ay sia  Tereng ga nu,   21030 K uala T ereng ganu, Ter engga nu, Mal a ysi a .   Em a il :  ashu kri @u m t.edu .m y       1.   INTROD U CTION   Since  distrib uted  c om pu ti ng   com pr ise s  of  physi cal   and  vir tual  i m ages  in  a  la rg e  netw ork  [ 1],  neith e r   the  volum e,  siz e,  locat ion,  tim e  pr ocessi ng   a nd  sto rage  resou rces  a re  detai le d  a nd  rest rict ed  [ 2 ,  3].   The  ch aracte ris ti cs o f  distri bu t ed  com pu ti ng rem ov es r est rict ion s in usi ng  t he  syst em  an d  tradit ion al   networks   in  pro vid in g  it s  serv ic es  to  t he  us e r  [ 1].  H ow e ve r,   due  t o  this,  new   prob le m s,  restrict ion s  an d  c halle ng e s   m igh t  arise  f or  us er s  an d  a pp l ic at ion s   [ 3].  T her e fore,  on  to p  of  the se  ad ve rsity ,  it   is  i m po rtant  to  sa fegu ard i ng   the  abili ty   of   the  com pu ti ng  syst e m   in  han dling   unex pect ed  fa ults  and   f ai lures  by  pr ovidin g  a  reli ab le   fau lt   tolerance  m ech anism   [4 ] .  W it h  the  pr e sence  of   fau lt   tole rance   m echan is m ,   syst e m   able  to  detect ,  ide ntif y  an d  recover  from   fail ur es  with out  causin g  m ajor  dam age  to  the  fi nal  outp ut  of   the  distrib uted  c om pu ti ng   [ 5] .   Hen ce ,  t he  distrib uted  syst e m   is  ca pab le   of  hav i ng  a n  op ti m u m   and   acce ptable  perf or m ance  i n  the   pr e sence   of f a ult   [ 6].    On e  of   the  w ay   to  i m ple ment  fau lt   toler ance  in  distri bute d  c om pu ti ng   is  by  ap plyi ng   reacti ve   m et ho d  [ 3]  w he re  w he n  a  fa ul t  occurs,  a ppli cat ion   will   restart  at   the  la st  po i nt  on wards,   rep li cat es  the   data  befor e   m igratin g  t o  oth e r  sim il ar  m achine  [ 7] .   Data  re plica ti on   is  a k ey  p ra ct ic es  us ed  f or  d isg uisin g  er r ors  by   pr ese r ving  sep arate  cop ie s  of  data  or   ob j ect   and   sync hro ni zat ion   of   upda ti ng   the  data  in  it s  rep li ca  [6 ,  8].     It  will   deal  with  w hen   an d  w her e  to  c op y  the  data,   resour ce  opti m iz at ion   and   gr ow i ng  or   s hri nkin g    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5211   -   5217   5212   the  re plica ti on  tree  [6 ] .  T he   te chn iq ue  al lows   a  prom pt  and   l ocall y  acce ssed  to  s har e d  da ta   al lowi ng    the  syst em   to  con ti nue  t he  a vaila bili ty   of   the  a pp li cat ion  by  ens ur i ng  al te rn at e  data  ac cess  opti on  is  exist.   Con se quently ,  offer i ng   a   data  rep li cat ion   m echan ism   and   con t ro l  pr oto c ol  that  can  pr om ise   data  int egr it y,  easy   acce ss,  reli abili ty  and   avail abili ty   is   hig hly  desire d  to  achiev e  a  decen t  distr ibu te d  e nv i ron m ent   especial ly  if it i s larg e i n  siz e  or h ea vy in  tra ns act io n nu m ber  [4].   The  rest  of  t he   pa per   is   orga ni zed  as  fo ll ows :  Sect ion   2  dis cusses  seve ral  rep li cat ion  te chn i qu e s  a nd  pr ese nts  the  re search  backg round  of  the  ne w   ci rcu la r  neig hbori ng  te ch nique.  Sect io n  3  de scribes  the  ci r cular   neig hbori ng  m od el   with  the  possible  m ai nte nan ce  protoc ol   us ing   reacti ve   m et ho d.   Sect ion   4  pr e sents  a   ro ug h  evaluati on  on t he new  tech nique. C oncl us io n an d fu t ur e  w orks  a re  giv e n  in   Sect ion s  5.       2.   R EPL IC ATI ON  TE CHNI QUES   Data  rep li cat ion   c om pr ise s  of   tw o  m a i n  ty pes  of   s olu ti on;  synch ron ou s  a nd   a synch ron ou s     rep li cat ion   [9 ] .   Async hrono us  rep li cat ion   im m ediat el y  capt ur es  t he  cha nges  on   th e  pr im ary  rep li ca  an d  then   tim e ly   pr opag at e  the  cha ng e s  [9 ] .  T his  re s ulted  in  a  l ower  co st,  flexi bl e  and   scal a ble  so luti on  al th ough   deali ng   with  the  possi bili ty   of   data  lost  an d  net work   ba ndwi dth   [ 9].  T hi s  ty pe  of   so l ut ion   w ork  rea s on a bly   well   f or   a   sin gl e  obj ect   update s  but  un reli able  w hen  in vo l vin g  m ulti ples  ob j ect s .  F or  syn chro nous   re plica ti on,   it   deals  with  quor um   to  upda te   the  re plica   a t  the  sam e  time  an d  will   ro ll   back  if  on e   fai ls  [10].  Sy nchr onous  rep li cat ion  bre aks  r eplic a  int o  se ver al   sc he m es  prov i ding   the  hi gh  avail abili ty ,  auto  fa il - ov e r  a nd   m i nim a l   data  loss  [9 ] .  Howe ver,  network   e ff ic ie nc y,  scal abili ty ,   cost  and   le ss  fl exibili ty   issue  cou l d  hinde r  the  abili ty   of   t his  te ch nique  [ 1].  I n  t his  pap e r,   we  will   fo c us   on  sync hro nous   re plica ti on   as  t he  s olu t ion   offer s   su it a bili t y  in  av oid in g  a nd  res olv i ng   c onflic ts  in  re plica   acce ss  an d  up dates  w hic h  prov i des  a  m echan ism   that  able  to  increase t he da ta  av ai la bili ty .     2.1.    Re ad - on c e - w ri te - all  (ROWA )   This  is  the  m os t  com m on   and   strai ghtf orwa rd   po li cy   [6 ]   use d  in  re plica ti ng   the  syst em   wh ic h  kee ps   m ul ti ple  cop ie s  of  re plica s  th at   al low  a nyon e  can  be  rea d  and  m us t  al l  be  update d.   I n  t his  te ch nique,   a  rea d  op e rati on  nee ds  on ly   one  c opy  an d  is  al lowed   t o  rea d  a ny  co py  of   t he   data.  At  the   m eantim e,  a  wr it e  op e rati on  is  ne eded   i n  or der   t o  w rite   al l  copi es  of   data.  T hi s  op e rati on   re qu i re  acce ss  in   al l  n  cop ie s  of  data,   if ther e  are  n c op ie s  ( a c opy i n  eac h replic a)   in the sy stem   [6,  11 ,  12] .    RO WA   will   translat es  a  lo gi cal   read   operat ion   on  a  data  i tem   into  one  physi cal   read  on  a ny  of  it s  rep li ca  an d  tra ns la te s  al l  it s  l og ic al   w rite s  operati on  to  ph ys ic al   wr it es  operati on  on e  at   each  re plica   [ 1 ,  12 ] .   The  acce ss  to  each  re plica s  will   be  synch r on iz e  by  the  m ai n  con c urre nc y  con tr oller  th us   m akes  this  protoc ol  is  equ ivale nt  with  serial   execut ion   w her e  eac h  rep li ca  that  update  the  data  it e m   wil l  up dat e  al l  of   it s   cop ie s  or  none  at   al l.  RO WA   is   go od  for  the   e nv ir on m ents  w her e   the  data  is  m os tl y  read - only   be cause  it   pro vide s  rea d  op e rati on  with   a  hig h  de gree   of   avail abili ty   at   low  com mu nicat io n  over head   [11 ,  12] .   Howev e r,   the   wr it e  op e rati on  has  ver y  high  over head   as  al l  repl ic as  m us t   be  updated  sim ult aneously   and   c annot  be  exec uted  at   the  fail ure o f  a ny  co py.   T his  r esulte d  i n  a n  i m balance  of  da ta   avail abili ty   and  c omm un icati on   c os t of  re ad  a nd   wr it e  operati ons.  T he  rea d  op e rati ons  ha ve   hig h  a vaila bili ty   and   lo w   com m un ic at i on   c os t  w hile  wr it e  op e rati ons  i n  t he  oth e r  hand  hav e   lo w  a vaila bili ty   with  hi gh e r  c omm un ic at ion   c os t   [11 ,  12] .   Des pite  offer i ng  a  strong  co ns i ste ncy  an d  a  high  de gree  of   fau lt   tolera nt,   this  te chn i que s  increases   res pons e  ti m e  and   lo w  acce ss  c oncu rrency   [13 ,  14] .  The  ot her   si gn i ficant  draw backs  of  RO WA   a re  this  te chn i qu e  is  ri gid   i n  sel ect ing  it s r e ad  a vaila bili ty  an d i na dequate  in  the  ab il it y o f  tolerat i ng com m un ic at ion  fa il ur es  [6 ] .     2.2.    Qu orum   cons en sus  (Q C)   or   votin g   The  Quorum   Con se nsus  ( Q C)  m e tho d  ge ner al ly   al low  wr it es  ope rati on   t o  be  rec orde d  on ly   at     a  subset  (a   w rite   quorum )  of  the  up  sit es,  on   co nd it io n  that   reads  ope rati on  is  m ade  to  query  a  s ubset   ( a  read  quorum )  sp eci f ic al ly   pr oved  will   ov e rlap  wi th  w rite   quoru m   [1 1].  The  re ad  op e rati on  w il l  be  able  to r e tur n  it s   m os t  recently   wr it te n  value   wh e ne ver  the  quor um   intersect ion   c onditi on  i s  m et   and   will   be  sai d  as  ha ve   vote d  for  it ,  giv in g  the  QC  m et ho d  al te rn at ive  na m e,  vo ti ng.  Th ere  are  tw o  sta te s  of   voti ng,  that  is  it   is   ei th er  sta t ic   or   dynam ic   [11,  12 ] .  In   sta ti c  QC  sta te ,  the y  are  identifie d  by  vo te s  t hat  are  assig ne d  duri ng   t he  syst em   sta rt  up   ti m e   wh il e  for  dynam ic   st at e  is  wh en  the   sit e  are  able  t o  recon fig ur e  it s  qu or um  sp eci ficat ion   in  re sp ons e   to an y  syst e m s ev ents  su c h  a s  f ai lure, l oa d  c ha ng e s  or  else  [11 ,  12 ] .     Like  R O WA ,   QC  m et ho d  al s o  unde rgo  fe w  enh a ncem ent  to  ov e rc om e  it s   wea kness.   Th eref or e   eac h  QC  m et ho d  util iz es  diff ere nt   quorum   m e m ber s hip  desi gns,  va ryi ng  f r om   the  si m plest  nu m ber   of   quor um  m ajo rity   to  an  unam big uous   m e m ber sh ip   li sti ng   of   ea ch  possible  quor um .  QC  was  first  a pp l ie d  in     the  rep li cat ed  databases  by  usi ng   Un if orm   Ma j ori ty   Qu or um   Con sens us   Me thod  [11 ,  12] .  This  m et ho d  giv e s  adv a ntage s  on   the  flexibili ty   t o  both  sit e  and  able  to  tolerat e  network   fail ur es  ho we ver ,  it   req uire d  high  read  and up date co s ts [11 ,  12] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Novel ty  circula r n ei ghborin g  t echn i qu e  usi ng  rea ct iv e fa ult t olera nce  meth od  ( Ah mad S hukri  M ohd  N oo r )   5213   2.3.  Tw o - repl i ca  dis tribu tio n t ec hnique   ( TRDT)   Sh e n.   Che n.   Z heng  an d  S hi  [ 12 ]   ha ve  pro pose d  Tw o - Re pl ic a  Distribu ti on  Tech nique  ( TRDT)  that   introd uced   eac h  no de  m us t  has  eq ual  capaci ty   of   sto rag e  a nd   al l  data  ha ve   two  rep li cas  on   dif fer e nt  no des  a s   well   as  al l  no des  ha ve  tw o  data  rep li cas  [ 11 ,  12] .  For  N   nu m ber   of   nodes,   it   is  div id ed  to  n   set   of   nodes     ( N   =  2 n )  wh e r e  each  of  the  set   com pr ise s  of   tw o  nodes .  The  m ai n  dr a wb ac k  f or  this   te chn iq ue  is  TRDT  increases  resou rces  us e d  w he n  ad ding  sec ond  re plica   to  the  serv e rs.   TR D T  al so   lim i ts  the  op e rati on   if  on e  of   the  re plica   set   is  absen t,  le a vi ng   t he  no de  e xpose d  t o  do ub l e  fail ur e  i n  cas e  of   both  r epli cas  are  da m aged   or   lost [ 11,   12 ] .     2.4.  Neig hb or r epli ca   f ailure  reco very  ( N R FR)   A. S  M ohd  Noor   pro po se d  N ei ghbor  Re plic a  Fail ur e  Re co ver y  ( NRFR)  [ 15 ]   that  ba sed   on   NRD T   log ic al   struct ure  for  data  re pl ic at ion .  NRFR   log ic al ly   or ga nized  in  t he  f orm   of   two  dim ensio nal  n  x  n  gr i d  structu re  w hen  there   are  node s  in  th e  syst e m,  N  =  n2   [ 16 ] .  Each  of  the  nodes  owne d  it s  own  m ast er  da ta   file   wh e re  up dates   will   be  app li ed  on  the  pri m ary  data  file  befor e  nav i ga te s  to  it s  nei ghbor  c op ie s  within     a sepa rate t ra nsa ct ion s   [ 15,  16] .     2.5. Neig hb or  repl ic at io n  on grid  ( NRG)   Neig hb or  Re plica ti on   of   Gr i d  has  been   int rod uced   by  N.  Ah m ad  [11]  by  app ly in g  ne ighborin g  te chn iq ues  in  a  two - dim ensi on al   gri d  str uc ture.   All  the  sit es  in  this  m e chan ism   is  logi cal ly  or ga nize d  in    the form  o f  n ×  n  st ru ct ur e , by ha ving a m ast er  data it e m  stor ed   in eac h  sit e s.   Let   r  de no te   a s  read   quorum ,  w  de note d  a s  wr it e  qu oru m   and   LB  is  the  total   num ber   of  vote s,    the consist en cy  of  data ob j ect   will  b e c on t ro ll ed by en surin g t her e is a  no ne m pt y i ntersecti on w it h:   a.   1   ≤   ≤ B , 1   ≤   ≤ B   b.   + = B + 1   The  com plexity   of   m ai ntaini ng   c op ie s  at   di ff ere nt  sit es  ga ve  a  chall en ge d  f or   NRG  t o  ha ndle   it s  locking  inf or m at ion  es pecial ly  in  the  current  struct ure o f dist rib uted  co m pu ti ng.       3.   CIRC ULA R NEIGHB ORING  MO DEL  AND ME TH OD    This  sect io n  will   discuss e d  the  new ly   pr o pose d  sync hrono us   Ci rcu la r  Neig hbori ng   rep li cat io n  te chn iq ue,  C N R t hat u se r eac ti ve  m et ho d for f a ult t oleran c e p olicy  [ 17] . T he  ne ig hbor i ng tech nique adop te d  a   neig hbori ng  re la ti on sh i p  that  is  identic al   to  a  ci rcle  where  a  nu m ber   of   re plica s  are  relat ed  to   eac h  oth e r  bac k  to  back.   He nce ,  each  re plica   has  two  neig hbors,  the  one  pre cedin g  it   and   the  one  fo ll ow i ng.  This  relat io ns hi p  is t ru e  f or   re plica s of three  or  m or e, whil st t wo r e plica s w il l solel y be  neig hbors to  one a nothe r  [ 18] .   A  set   of   re plica s  is  def ine d  wh e re  N  is  the   total   nu m ber   of   rep li cas.  As   il lustrate d  in  a  ci rcle,  for     the  ba se  case   of  three   re plica s,  eac h  base  case  of  t hr ee  r eplic as,  eac h  m e m ber   of  the   re plica   will   ha ve  t w o  neig hbors  i.e.  has  an d  as  neighb or s .  For  e xam ple,  if  on e  m or e  rep li ca   w il l  be  add e d  to   the  set ,  the  re plica   is   inserted   to  fol low  the  prev iou s  re plica .  Th us ,  it   brea ks   up   t he  ne ighbor  relat ion sh i p  betwee n  a nd   conseq ue ntly ,  r eplace d  it   with   new ly   a dd e d  r eplic a.  By   it erati on ,  a dd i ng  m or e  rep li cas  to   the  set   will   un derg o  the  s am e  pr oce ss  an d  c onseq ue nce.  T he refore ,  it   is  pro ven  that  for  a ny  nu m ber   of   rep li c as  of  th ree  or   m or e,  each  of  them   has  tw o  nei ghbo rs  prece di ng   a nd  f ollowi ng   them ,  in  a  ci rcu la r  neighb or i ng   relat ion s hip.     The  CNR  lo gical   structur e  de sign   e xam ple   can  be  sho wn  as  sh own   in  F igure  1 .  Assu m ing   that  the  pr im ary  data file   f 1   is l oc at ed  on t he  se rv e r  sit e  n 1 , the  prim ary data file   f 2   locat ed  on the  serve r  sit e  n 2   an d so  on.           Figure  1 .  Th e  a rr a ng em ent of  pr im ary rep li cas in C NR w it h 6 nodes   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5211   -   5217   5214   Each  sit e  hold s  three   c op ie s   of  un i qu e   dat a  with   one  of  them   is  it s  ow n  pri m ary  data  an d  ea c h  ind ivi du al   data   will   has  t hr ee   cop ie s   any wh e re  on   t he  syst e m .  W ei gh  a gai ns t  f ull  data  re plica ti on ,  t his  new ly   pro po se d  te c hniqu e  offe rs  m ini m iz ation   on th e stor a g e ca pac it y wit ho ut  a ba ndonin g  syst e m  av ai la bility .   Quorum   is  a  num ber   of  re plica s  that  li ste d  i n  a n  a gr eem ent  for  a ny  opera ti on   to   ta ke  pla ce  on  them .  The  m echan ism   m us t  be  able  to  m anag e  two  op e rati ons  of   rea d  a nd   wri te   in  the  case  of   bo t h  operati on s  run   con c urre ntly   in  order   t o  av oid  any  co nf li ct s  excep t  for  rea d - rea d  ope rati ons.  The refo re,  da ta   synchro nizat io n  is  a  cr ucial   pa r t  for  a  re plica tio n  te ch nique.  Data  can   be   sy nchr on iz e  e ff ic ie ntly   by  ad op t ing   t hese  t wo  r ules   for quo ru m  v ot ing :   a.   Re ad  per im et e r,   R  and   w rite   per im et er,  W  m us t  be  gr eat er  than  certai n  non - neg at i ve  nu m ber   of  vote s ,     R +  W  >  v   b.   Wr it e  per im et e r  m us t be  gr eat er th a n n on - ne gative  nu m ber   of votes  div ide  b y  2,   W  >  v / 2    The  sec ond  r ul es  on ly   ap plica ble  if  the  ve rsion  n um ber   is  r equ i red   to v er i fy  the  m os t  cur ren t  co py  of   the  re plica .  T hi s  two  r ules  ar e  i m po rta nt  to  avo i d  c on c urre nt  data  w rite s  and  rea d  as   we ll   as  wr it e  op e r at ions   occurre d  on  t he   sam e  data  at   the  sam e  tim e .  As   the   res ult,   rea d  sc or es   al ways  re flect   th e  m os t  recent  wr it e   because   rea d  quor um   con sist   of   at   le ast   on e   rep li ca  that  w as  involve d  i n  the  m os t  recent  w rite   operat ion s .     Fo r   insta nce,   quor um   is  m od el le d  as  a   set   of  rep li cas;   C  =  { C 1 ,  C 2 ,  C 3 …  C n }  w her e   n  =  1,  2,  3,   …. ,i  are   c al le d  the  se qu e nce  nu m ber s  of  th ese  re plica s.  Each  rep li ca,   C i   m anag e  a   set   of  data.   I n  C NR,  as   di scusse d  pr e viously   ha ve   on ly   tw o  ( 2)   neig hbors  to  e ach  re plica   an d  only   three  (3)  re plica s  co ntain  the  sam e  c op y  of     a  data  it e m .  To  en sure  on e  c op y  se rial iz abili ty   in  CNR  po li cy ,  read   ope rati on,  r  quoru m   will   be  def i ned   a s     r  =  1  a nd  f or  wr it e  ope rati on,  w  de fine d  a s  w  =  3.   F r om  Figure  2 ,  a ny   two  a djacent  rep li cas  ca n  be   a  read  quorum .  The  wr it e  quorum   is  al l  three  re plica s  that  s ha res  the   m utu al   data  with  the   two  re plica s  in  re ad   quorum .  Con si der   a   pri m ary  da ta   it e m   of   d 2 .   Ba sed  on  CN R  ru le s,   ass umi ng   t hat  n  =   3  wh e re  eac h  repl ic a  get   on e  vo te   a nd   al l  three  rep li ca  con ta in  the  sam e   cop ie s  of  pr im ary  data   d 2 ,  d 1  a nd   d 3   ho ld s  the  co pi es  of     the  pr im ary  data.  Thus,  in  order   to  pe rfor m   read   on   d 2   pri m ary  data,  the   valid  qu orum   set   are  { d 1 },  { d2 } ,  { d3 } ,  {d 2 ,  d 1 } , {d 1 ,  d 3 } , {d 2 ,  d 3 }  an d   {d 2 , d 1 , d 3 } . T he write   quor um  is { d 1 ,  d 2 ,  d 3 }.             Figure  2 .  Repli ca o rg a nizat ion o f  CNR  of siz e  n   (a ny intege r)       In  each   CNR   re plica ,  c oor din at in g  al gor it h m   con tr ols   the  pri m ary   re plica   w hile  co operati ng   al gorithm   deals  with   no n - pr i m ary  rep li ca.  Wh e n  t he  cl ie nt  se nd s   it s  re qu e st,  CNR   tra ns act io n  m anag er   will   m anag e  the  re qu e st  from   c lients  an d  locat es  the  pr im ary   rep li ca.  Pr im a ry  rep li ca  will   execu te   co ord inati ng   al gorithm   up on  recei ving  procedu re  cal l  from   transacti on  m anag er .  T he se  process es  a re  di vid e d  int o  fe w   ph a ses.  I n  the  first  phase,  the   pr im ary  rep li ca  asks  relat ed  r eplic as  to  cast   vo te   in  order   t o  f or m   a  qu o rum   fo r   the  operati on.  If   quorum   is  form ed,   it   will   return  the  value   of   1  t o  tra ns act ion   m anag e r  or   el se  it   will   return  0  and  ab or t  t he  op e rati on.  In  s om e  cases,  the   quorum   will   return  - 1  in   the   case  of  par ti a l  com m itm ent  fro m     the  relat ed  re plica s.  D ur i ng   the  seco nd  ph a se,  the  t ra ns act io n  m anag er  will   ask  quorum   to  co m m i t     the  operati ons   i.e.  lock  the  data.  I f  there  is  any  par ti al   com m itm ent  i nvolv e d,   pr im ary  rep li ca  ca ptures     the  detai ls  of  wh ic h  re plica   issued  pa rtia l  com m itm ent  and  will   us e   th e m   to  so lv e   in  c onflic t  resol ution.   Durin g  operat ion   exec utio n,  cooper at in g  al gorithm   a t  the  non - pri m a ry  rep li cas’  s ide  will   per f or m     the ope rati on a nd unloc k  t he data  whe n  it  is  done.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Novel ty  circula r n ei ghborin g  t echn i qu e  usi ng  rea ct iv e fa ult t olera nce  meth od  ( Ah mad S hukri  M ohd  N oo r )   5215   4.   CIRC ULA R NEIGHB ORING  A NA L YSIS A N D  E VAL UA TIO N   This  sect io n  w il l  fu rthe r  a naly ze  t he  avail a bili ty   of   the  ne wly  pro po se d  rep li cat ion  te chn i qu e   [ 19 ] .   Av ai la bili ty   of  a  syst em   ref ers  to   the  pro bab il it y  of   a  syst e m   is  com ple te ly   wo r ki ng   over  a   pe rio d  of     op e rati ng  tim e   [2 0].   Ta ble  2  sh ows  f or   eac h  4  te chn iq ues  the  num ber   of   r eplic as  require d  for  a  data  it e m   or   obj ect   in  f our  syst e m   scenario s  with  diff e r ent  nu m ber   of   n  nodes  ass um ing   that  the  rep li cas  are  unde r  a  norm al   ci rcu m sta nces  wit hout   any  fail - sto p  fail ur e .  As sum e  that  du ri ng  fail - sto p  fail ure,  on e  re plica   is  not   avail able,  as   per   li st ed   on  Table  3.   Final ly ,  Table  4  re cords  al l  a vaila bili ty   tim es  fo r  e ach  te c hniqu e s   dep e ndin g on the tec hniq ue  ar chite ct ur e  base d on Ta ble 1 c om po ne nts’  a va il abili ti es.        Table  1 .  T he  n i ne  c om po ne nts  of inter de pend ent ser ve rs  a nd it s av ai la bili ti es   Co m p o n e nt   Av ailab ility   W eb   0 .95   Ap p licatio n   0 .95 5   Databas e   0 .95   DNS   0 .97   Firewall   0 .96   Switch   0 .97   Data Cent re   0 .95   Ap p licatio n 2   0 .95   Manag er   0 .99   Total Av ailab ilit y   0 .69 5 6       Table  2 .  T he  c om par ison o f  t he  siz e  of r e plica s un der   dif fe ren t set   of  n nodes    for  m ulti ple r eplic at ion  tec hniqu e   Rep licatio n   Techn iq u e   Nu m b e r  o f  r ep lica   f o r  each d ata/o b ject   n  =  1 2   n  =  2 4   n  =  3 5   n  =  4 0   ROWA   12   24   35   40   TRDT   2   2   2   2   NRFR   5   5   5   5   CNR   2   2   2   2       Table  3 .  T he  c om par ison o f  t he  siz e  of r e plica s dur i ng f ai l - stop fail ure f or  m ult iple replic at ion  tec hn i qu e   Rep licatio n  T echn iq u e   Nu m b e r  o f  r ep lica   f o r  each d ata/o b ject   n  =  1 2   n  =  2 4   n  =  3 5   n  =  4 0   ROWA   11   23   34   39   TRDT   1   1   1   1   NRFR   4   4   4   4   CNR   2   2   2   2       Table  4 .  T he  c om par ison o f  i m pr ov em ents u sin g dif fer e nt  rep li cat ion m od el  for 9  no des   Rep licatio n  T echn iq u e   Sy ste m  Availab ilit y   I m p rov e m en t  ( %)   No  r ep licatio n   0 .69 5 6   0 .00 0   ROWA   0 .91 0 3   3 0 .86 2   TRDT   0 .98 4 6   4 1 .54 7   NRFR   0 .99 7 8   4 3 .44 4   CNR   0 .99 9 5   4 3 .69 1       Re su lt s  show  that  the  im pr ovem ents  in  syst e m   avail ability   in  9  no des   var ie d  with   r eplic at ion  te chn iq ue.   T he   diff e ren t  am ou nt   of  re plica te d  node s  in  each  te ch nique   con tri bu te s  a s  the  m ai n  factor   in   pro vid in g  a   hi gh ly   a vaila ble  syst e m .  Fr om   Table  2  a nd  T able  4,  it   is  cl ear  that  rep li c at ion   te ch ni que  with  CNR  achieve s  the  highest  sys tem   avail abili t y  with  the  lo w est   rep li cat ion   req uire d  to  m a intai n  it s  avail abili ty .   CNR  re quires at  m os t  2  re plica s  in ord e r  t o  search   f or  the  n odes   that ho l d  the  sam e  data file   of  the   fail e d  node   wh il e  for  RO WA   a nd   NRF R  req uir es  ad diti on al   tim e  t o  recove r  due   to  the  increm ent  of   the  nu m ber   of   rep li cas  f or   a  data  it e m   du e  to  the  increase   of   num ber   of   nodes  in  the  env i ronm ent.  Wh il e  f or   TR DT  that  sh are s  the   sam e  num ber   of  r eplic as  with   C NR  sc or es   lo w er  syst em   avail abili ty   du e  to   the  a rr a ngem ent  of   nodes  in  t he  te chn i qu e  a rc hitec ture.   F urt he r m or e,  in  the  e ve nt  of   fail - sto p  fail ur e,  TR DT   on ly   has  one  r eplic a  le ft  fo r  rec ove ry,  thu s  res ulted  in  lowe r  scor e  of  rec ov e r y  la te ncy  wh ic h  aff ect e d  it s  syst e m   avail a bili ty .   Ther e f or e,   f or  a  rec ov e ry  pro cedure,   it   can  be  deduce d  tha t  syst e m   avail a bili ty   i m pr ov es   furthe r  c onsist ently   to the n um ber   of r e plica s in  t he  syst em .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5211   -   5217   5216   Fr om   the  resu l ts,  RO WA  has   sho wn  that  as   the  c om plexity   of  the   syst em   increases,   t he  te c hn i qu e   beco m e  irrelev ant  to  be  us e  t o  rec over  t he  syst e m   as  the  nu m ber   of   dat a  file   gro ws  as   with  the  num ber   of   nodes   in  t he  s yst e m .  Thu s ,  it   lowe rs  t he  sy stem   avail abili ty .  Howe ver,  t echn i qu e s  that   ad op te d  neig hbori ng   po li cy   that  is  NRFR,  TR DT  and   C NR  are   not  af fected  with  the  i ncr ease   nu m ber   of   node s  in  the  syst e m .  CNR   le ads  NRFR  a nd   TRDT  i n  te rm s  of   highe r  degre e  fau lt   re cov e ry  as  it   re qu i res  lo wer   re plica s  than   NR FR  an d  in the e ve nt  of   fail - sto p  it  is  not l i m it ed  to on ly  o ne re plica  av ai la ble  per   da ta  it e m  as in  T RDT.        5.   CONCL US I O N     A  un i qu e   ci rc ular  neig hbori ng  te ch nique  base d  on  reac ti ve  fa ult  tolerance   m et ho d   has  bee n  pr ese nted .  T he   te ch nique  prov i des  l ow e r  data  re plica ti on  c om par ed   to  oth e r  sta te   of  the   art  te c hn i qu e s .     The  m od el   an d  m et ho do l ogy  of   the  te ch ni qu e  hav e  bee n  desc ribe d  al ong  with  anal ysi s  and   eval ua ti on   of    the tec hniq ue.    CNR  is  an  appro ac h  f or   data  rep li cat ion,  by   placi ng   re dundant  co pies  of  data  in  a  ci rcu la r  fo rm   to   i m pr ove  the  qual it y  of   ser vi ce  in  a  feasib ly   cl utter  distribu te d  e nvir onm ent.  CNR  te chn i qu e  deter m ines    the  m os t  app r opriat e  nei ghbo r  to  perform   data  rep li cat ion   in  a  sm al l  qu orum   siz e  to  ex ecute  the  proc edures.     The  pe rfo rm a nce  analy sis  of  CNR  com par ed  with  ot her  te chn iq ues  s howe d  that  CN R  prov i des  a  bette r   appr oach   t o  highly   avail able  rea d  an d  wr it e  ope rati on   for  distri bu te d  syst em .   CNR  offe rs   lowe r   com m un ic at ion   co st  to  re plica te   the  data  it e m s  as  well   as  m ai ntaining   t he  hi gh e r  sc ore  of   recove ry  la te ncy  thu s  r es ulted i n hig he r  syst em   avail abili ty  co m par ed  with  o t her te ch niques.     Wh il e  c om pr ehensi ve  a naly sis  and  com pari so ns  ha ve  be en  done  for  t his  w ork   set ti ng,  f urt he r   exp e rim ents  are  require d  be fore  a  com plete l y  decisi ve  eval uation  of   t he  pro posed  al gorithm   can  be  achieve d.   Howe ver,  the   pro po se d  te c hniq ue  s howe d  that  CNR  a ble   to  i ncr ease   a  syst e m   avail abili t y  by  m ai nta inin g  si m plest  rep li ca  distrib utio n  wh ic h  able  t o  reduce  the  ti m e  ta ken   t o  rec ov e r  a  fail e d  s yst e m   co m par ed  with     the  existi ng   te chn i qu e s.  The se  reassurin g  resu lt s  sho w  that  the  te chn i qu e  pro po se d  in  the  pa per   a ble  to  i m pr ove fa ult  m anag em ent an d co ntri bu te s  towa rd s  conti nuous  ser vice  de li ver y i n dist ri bu te d  syst em s.        ACKN OWLE DGE MENTS   This  re searc h  is  fun ded  by   Fund am ental   Re search  Gr a nt  Sc hem e  (F R GS )   wi th  the  Re f:   FRGS/1/ 2018/ ICT0 4/UMT/ 02/2.  FR GS  is a   researc h gr a nt  from  the Minist ry o f  E du cat io n (MOE )  Ma la ysi a .       REFERE NCE S   [1]   Noor   A.S. M.,   Zi an  N.F.M.,   Shaiful   Bahri   F.N. M. ,   " Surve y   on   rep li c at ion  te c hnique s  for  distri bute d  s y st em,"   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,  vol .   9(2) ,   pp.   1298 - 1303 ,   2019.   [2]   J.A.  Torke stani,   "A   Highl y   Re li able  And   Para ll eliz abl e  Dat a  Distribut ion  Sc heme  For  Data   Grids , "  Fut ure   Gene ration  Com pute r Sy st ems ,  vol.  29(2) ,   pp .   50 9 - 519,   2013   [3]   N.  Chera gh lou ,   et   a l .,   “ A  Survey   Of  Faul t  To leranc e   Archi t ec t ure   In  Cloud  C om puti ng , ”  E lse vi er  Journal   o f   Net work  and   Co mputer  Appli cati ons ,  vol.  61 ,   pp .   81 - 92,   2016   [4]   Noor  A.S.M.,   D eri s  M.M. ,   “ Fail ure   rec over y   m ec han ism   in  nei ghbor  rep li c a  distri buti on  arc h itect ur e , ”   Lect ur e   Note s in   Comput er  Scienc e . Vol .   6377  LNCS,  Iss ue  M4D ,   2010 ,   Pages  41 - 48.   Springer  Na ture.  20 10.     [5]   Y.  M  Te o  a t  el.  “ Cost - Perform a nce   of  Faul t  Tolera nc e  in  Cloud   Com puti ng”,   Int ernati onal  Conf e renc e  on  Ad vance   Computing  and  Appl ic a ti ons ( Spec ia l  Iss ue  o f Jo urnal  of  S ci en ce  and  Technol og y) ,  vo l.   49,   pp  61 - 73,   2011 .   [6]   A. A .   Hela l ,   A. A.  Hedda y a  an d  B. B.   Bharga v a,   R epl i cat ion  Tec hnique s  In  Distribute d  Syst ems ,   2nd,   Kluwer   Aca demic ,   1996 .   [7]   Mohd.  Noor,  A.S.,   Ma t  Deri s,   M.  “ Ext ende d   hea rtb eat  m echani sm   for  fau l t  detec t ion  serv ic e  m et hodo lo g y ”   Comm unic ati ons i n  Comput er  an d  Information  S c ie nc e   Vol .   63 ,   p p.   88 - 95 .   Spring er  Natur e. 2009   [8]   R. V.  Rene ss e  an d  R.   Guerra oui . ,   “ Repl ic at ion  Techni ques  for  Availabil i t y , ”   In  B.  Charr on - Bost,   R.   Pe don e,   an d     A.   S chi p er  ( Eds. ) :  Re plicati on ,   L ec ture   Note s   in Com pute r Sc i en ce ,  vo l.   5959,   p p  19 - 40,   2010   [9]   A.  Nata nzon ,   E .   Bac hm at ,   “ D y na m ic   S y nchr on ous/As y n chr ono us  Repl ic a ti on” ,   ACM  Tr ans - ac ti on  on  Storage ,    v ol.   9( 3 ) ,   2013 .   [10]   Mohd  Noor  A.S.,   Yunus   F.,  Ma m at   R. ,   Sir aj udd in   E. A . ,   Ma t  Z in   N.F. ,   " Enh anci ng  ava i la bi li t y   o f  m ari ne  big   data   rep ositor y   with   a  new  fau lt   t ole ran ce   t ec hni que ,”   Journal  of  Tele communi cat ion ,   El e ct ron ic   and  Computer  Engi ne ering ,   vo l.  9(3 - 5  Spec ia l   I ss ue) ,   pp.   83 - 87,   2017.   [11]   A.   Noraz ia h ,   “ Mana ging  Repli ca t ion  and   Tr an sac ti ons  Us ing  Neighbour   Replication  on   Dat a   Grid  Data b ase   Design, ”   Ph . D. The sis .   Univ ersi ti   Ma lay sia   T erengganu,   2007 .   [12]   Deri s,  M.M.  "Ef fic i ent   Acc ess  of  Repl icate d  Da ta  in  Distribut ed  D at ab ase   S y stems . "  Ph.D.  The sis ,   Univer siti   Putra   Malay s ia,  2001 .   [13]   Dabrows ki   C. ,   Re li ab il i ty   in  g rid  computi ng,   Concurrency   Comput ati on:  P racti c e  and  Experie nc e ,   W ile y  Inte rSci enc e ,   20 09.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Novel ty  circula r n ei ghborin g  t echn i qu e  usi ng  rea ct iv e fa ult t olera nce  meth od  ( Ah mad S hukri  M ohd  N oo r )   5217   [14]   D.M.  Bui ,   T . H.   The ,   S.Y.   Lee,  F uzz y  faul t   detec tion in  IaaS   Cloud   Computing ,   ACM IMCO M ,  2016 .   [15]   Mohd  Noor,  A.S.,   Deri s,  M .   a nd  Sam an,   M.Y., "Co - Exi st ance  Neighbour hood  m odel   ava i la bi lit y   p red i ct ion  fo r  Cloud  Infra struc ture   as  a  serv ice  (Ia a S)  opt imiza t ion  in  interd epe nden t  envi ro nm ent , "  Inte rna ti onal  Journal  of   Mac hine Learni ng  and  Computi ng ,   v ol .   4 ,   pp .   85 ,   2014   [16]   Mam at   R. ,   Der is   M.  and   Jal il  M. ,  "N ei ghbor   Replica  Distri buti on  Te chn iq ue  for   Cluste r   Serve r  S y s te m s , "  Malay sian  Journal  of   Comput er  S ci en ce,   v ol .   17 ( 2 ),   2004 .   [17]   Siva  S.S.  and  Babu   K.S. ,   " Surve y   of  f aul t  to le r ant   techniqu es  for  grid , "  Computer  Sci en ce   R evi ew ,   El se vier  Inc . ,   vol.   4(2) ,   pp .   10 1 - 120 ,   2010 .   [18]   Mam at ,   A,  Deri s,   et   al . ,   “ Mana ging  Data   Us ing  Neighbor   Repl i ca t ion  on  Tri an gula r - Grid  Struc ture , ”  v ol.   3994.     pp .   1071 - 1077 ,   2006   [19]   Rene ss e,   R. V. an d  Guerra oui,   R. ,   "Repl ic a ti on  T e chni ques  for  Availabil i t y ".  In  B .   Charr on - Bost,   R.   Pe don e,   and    A.   S chi p er  ( Eds. ) :  Re pli ca ti on ,   L ec ture   Note s   in Com pute r Sc i en ce ,   v ol .   5959 ,   pp .   19 - 40 ,   2010 .   [20]   Schm idt   K.   High ,   A vai lab il i ty an d  Disas te r R e co ve ry:  Con ce p ts, Design,   Impl eme ntat ion ,   Springer - Verl ag ,   2006 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.