PODC2018會議簡介
按：我們的一份工作以短文的形式發表在PODC2018，第一作者魏恆峰去參加了此次會議。應《CCF通訊》邀稿，我們為“頂級國際會議簡介”專欄寫了一篇介紹PODC2018會議的文章。預計正式發表時會有所修改。
會議概況
分散式計算原理會議（ACM Symposium on Principles of Distributed Computing）是分散式計算領域的國際頂級學術會議，也是中國計算機學會（CCF）推薦的B類國際學術會議。
分散式計算原理會議開始於1982年，每年一屆，今年是第37屆。今年的 PODC會議於7月23日至7月27日在英國倫敦大學皇家霍洛威學院（Royal Holloway, University of London）舉行。其中，首尾兩天各安排了三場專題研討會（workshop）和兩場教學討論班（tutorial）。為了慶祝Jennifer Welch六十歲生日，會議還於7月23日安排了四場演講，討論了Jennifer Welch在分散式計算領域所做的重要貢獻及其影響。報告人包括Jennifer Welch的導師Nancy Lynch與合作者Hagit Attiya、Shlomi Dolev與Nitin Vaidya。
獎項
- Dijkstra獎
Dijkstra獎創立於2000年，每年一屆，授予在分散式計算領域做出突出貢獻的學者。Dijkstra獎原為PODC有影響力論文獎（PODC Influential-Paper Award)。2002年，Edsger W. Dijkstra因在Self-Stabilization理論上所做出的開創性貢獻獲得該獎項，但於同年不幸因病逝世。為了紀念這位卓越的電腦科學家，該獎項於次年更名為Dijkstra獎。2007年起，Dijkstra獎由 PODC會議和DISC（International Symposium on DIStributed Computing）會議共同資助，頒獎儀式也改為在這兩個會議上輪流舉行（偶數年份在PODC會議，奇數年份在DISC會議）。
今年的Dijkstra獎授予了Bowen Alpern和Fred B. Schneider，獲獎論文是1985年發表在“Information Processing Letters”上的“Defining Liveness”。該論文僅有5頁，但卻具有重要的理論意義。Leslie Lamport在1977年的一篇論文中提出了Safety（安全性）和Liveness（活性）概念，用以刻畫併發程式的特性。直觀地講，Safety表示“壞事”不會發生，而Liveness表示“好事”確會發生。但是，Leslie Lamport沒能給出Liveness的形式化定義。該獲獎論文的一大貢獻便是給出了Liveness的形式化定義。不僅如此，該論文還從拓撲的角度證明了任何定義在系統執行之上的特性（稱為trace property）都可以表示成一個Safety特性和一個Liveness特性之交。這個簡潔、優雅的定理一方面加強了Safety和Liveness定義的直觀性與合理性，另一方面也指出了Safety和Liveness具有本質區別。論文中的這些經典結果在後續的分散式計算領域以及形式化方法領域中都產生了深遠的影響。
頒獎儀式在7月25日的晚宴上舉行。兩位作者在獲獎演講中回顧了論文產生的背景和過程。有趣的是，Fred B. Schneider提到他們曾將相關論文投稿到PODC，但是被拒了。感興趣的讀者可以到Fred B. Schneider 的主頁上閱讀他的演講草稿（也可聯絡作者魏恆峰獲取演講錄音）。
- PODC博士論文獎
今年的PODC博士論文獎（Doctoral Dissertation Award）頒給了來自 MIT的Rati Gelashvili博士。在博士論文“On the Complexity of Synchronization”中，作者深入研究了分散式演算法中的經典同步任務的複雜度。該論文的貢獻之一是指出了使用Consensus Number刻畫併發原語的計算能力這一傳統方法的侷限性，並提出了一種新的刻畫方法。
Rati Gelashvili 博士的導師Nir Shavit教授是2012年Dijkstra獎的獲得者，並曾與Maurice Herlihy一起獲得2004年的Gödel獎。Consensus Number正是Maurice Herlihy的代表性工作之一。
- PODC最佳論文獎
今年的PODC最佳論文獎（Best Paper Award）的獲得者是Leonid Barenboim、Michael Elkin和Uri Goldenberg，獲獎論文是“Locally-Iterative Distributed ( )-Coloring below Szegedy-Vishwanathan Barrier, and Applications to Self-Stabilization and to Restricted-Bandwidth Models”。該論文解決了分散式圖著色演算法中長達25年懸而未決的重要問題。
今年的PODC最佳學生論文獎（Best Student Paper Award）由兩篇論文分享：一篇題為“Silence”，作者是Guy Goren與Yoram Moses（2009年Dijkstra獎獲得者、1997年Gödel獎獲得者）。該論文首次嚴格地分析了在同步模型下如何通過不傳送訊息來傳遞資訊。另一篇論文的題目是“An Asynchronous Computability Theorem for Fair Adversaries”，作者是Thibault Rieutord與Yuan He。該論文從拓撲的角度刻畫了一類分散式計算模型的計算能力。
研究工作
分散式計算理論是建立在計算模型之上的，包括時間模型、通訊模型、故障模型等。模型與問題、方法以及技術緊密相關。在分散式計算理論興起的初期階段，就有各種各樣的計算模型。隨著分散式系統的應用越來越廣泛，新的模型更是層出不窮，分散式計算理論也因此不斷煥發新的生機。
- 經典分散式計算模型與問題仍是研究重點
Consensus問題（Session 2D: Consensus）
Consensus 是分散式計算理論中的核心問題。針對不同的計算模型，研究人員一直在努力提高Consensus演算法的效率或者探索Consensus問題本身的難度。根據著名的FLP定理，在非同步模型下，不存在確定性的、具有容錯能力且滿足wait-free性質的Consensus演算法。為了繞開這個不可能性定理，研究人員開始考慮隨機演算法或者非嚴格（exact）的Consensus問題。論文“Almost-Surely Terminating Asynchronous Byzantine Agreement Revisited”提出了兩個具有不同期望訊息複雜度的隨機演算法，它們能容忍不同數量的Byzantine程序。論文“Nearly-Tight Analysis for 2-Choice and 3-Majority Consensus Dynamics”為已知的兩個隨機Byzantine Consensus演算法提供了更緊的複雜度分析結果。論文“Tight Bounds for Asymptotic and Approximate Consensus”則研究了兩類非嚴格的Consensus問題的難度。
併發理論（Session 3B: Concurrency）
併發理論是多個領域共同的研究熱點，如分散式計算領域、多處理器領域、資料庫領域、程式設計語言領域等。論文“Locking Timestamps versus Locking Objects”關注傳統的資料庫事務處理問題，提出了“為時間戳上鎖而不是為物件上鎖”的基本思想，並據此設計了一類新的多版本併發控制協議。論文“Relaxed Schedulers Can Efficiently Parallelize Iterative Algorithms”考察了非嚴格的（relaxed）排程器對迭代演算法的並行度的影響。結果表明存在一類非嚴格的排程器可以高效地執行某些經典的迭代演算法，例如求極大獨立集或者極大匹配的貪心演算法。另有兩篇短文（屬於Brief Announcement）關注併發資料結構與併發演算法的效能。
共享記憶體理論（Session 1B: Shared Memory Theory）
經典的程序通訊模型有兩種，一種是訊息傳遞模型，另一種是共享記憶體模型。在共享記憶體模型中，多個程序通過訪問共享物件進行通訊，而無需關心更底層的訊息傳遞細節。因此，共享記憶體模型具有抽象層次高、易於理解、易於使用等特點。Hagit Attiya等人的論文“Separating Lock-Freedom from Wait-Freedom”關注共享記憶體模型中的一個由來已久的重要理論問題：是否所有的可以用lock-free方式實現的共享物件都存在wait-free的演算法？對此，該論文給出了否定的回答。這意味著lock-freedom與wait-freedom有著本質區別。Faith Ellen等人的論文“Revisionist Simulations: A New Approach to Proving Space Lower Bounds”研究共享記憶體模型中的空間複雜度問題。具體而言，論文給出瞭解決 -obstruction-free -set agreement 問題所需共享讀寫暫存器（read/write register）數量的下界，這是對已知下界結果的重大改進。論文“On the Classification of Deterministic Objects via Set-Agreement Power”研究Set-Agreement問題是否能完全刻畫確定性共享物件的計算能力。對此，論文給出了否定的回答。論文“Passing Messages while Sharing Memory”則另闢蹊徑，將兩種經典的通訊模型融合起來，提出了一種混合通訊模型。通過解決經典的Consensus問題與Leader Election問題，論文展現了混合模型相對於單個模型在可擴充套件性、容錯性以及對非同步的容忍性等方面的優勢。
- 分散式圖演算法是近年來的研究熱點
分散式圖演算法一直以來都是分散式計算領域的研究重點，尤其是近幾年，更是成為一大研究熱點。今年的PODC會議議程中至少有四個以分散式圖演算法為主題的Sessions，涉及的圖演算法問題包括極大獨立集、圖匹配、頂點覆蓋、點著色、最短路徑、圖的直徑、平面圖判定、最小割、最小生成樹等。
不少論文在解決分散式圖演算法問題時都採用了經典的CONGEST模型。Keren Censor-Hillel在主題報告“Barriers due to Congestion and Two Ways to Deal With Them”中總結了在CONGEST模型下證明分散式圖演算法問題的複雜度下界的技術，並通過示例說明了適當放鬆對解的要求有可能大幅降低通訊代價。此次會議還安排了“Session 3A: Congest”專門討論CONGEST模型下的分散式圖演算法問題。
在今年的PODC會議上，分散式圖演算法中的著色問題得到了廣泛關注。“Session 3C: Coloring”中包含三份工作。論文“Distributed Coloring in Spare Graphs with Fewer Colors”首先提出了使用六種顏色在 （ 表示頂點數目）輪內對平面圖進行著色的分散式演算法，然後將該演算法擴充套件到稀疏圖上，最後還證明了不存在使用四種顏色在 輪內對平面圖進行著色的分散式演算法。論文“Improved Distributed Delta-Coloring”針對最大頂點度 的不同取值設計了兩個隨機演算法，降低了已保持25年的問題上界。今年的最佳論文“Locally-Iterative Distributed ( )-Coloring below Szegedy-Vishwanathan Barrier, and Applications to Self-Stabilization and to Restricted-Bandwidth Models”提出了一類低於Szegedy-Vishwanathan界限的分散式圖著色演算法，並將其應用到多種不同圖演算法問題和模型中。
- 新技術催生新模型與新理論
區塊鏈（Session 2C: Security, Blockchains, and Replication）
區塊鏈技術並非起源於分散式計算領域，但是正如Maurice Herlihy在PODC2017會議主題報告中指出的那樣，圍繞區塊鏈技術產生的很多問題——比如Consensus、資料複製（replication）、容錯、隱私、安全等——都是分散式計算領域中的經典問題。Maurice Herlihy在今年的PODC論文“Atomic Cross-Chain Swaps”中定義了跨鏈原子交換問題，確立了問題模型，給出了問題是否可解的條件，並在可解情況下設計了交換協議。Ali Schoker在短文“Brief Announcement: Sustainable Blockchains through Proof of eXercise”中提出了Proof of eXercise（PoX）的概念。基於Proof of Work（PoW）概念的區塊鏈技術要求礦工（miner）解決一個“無用的”密碼學謎題（cryptographic puzzle），這是對計算資源的一種浪費。PoX要求解決的則是“有用的”基於矩陣的科學計算問題。
永續性記憶體（Session 1A: Persistent Memory）
Robert Peglar在主題報告“Overview of Persistent Memory in Distributed Systems Architecture —— Past, Present, Future”中回顧了基於永續性記憶體的系統設計的歷史，討論了在分散式系統中使用永續性記憶體的方法和問題，然後指出了在大規模多處理器系統中使用永續性記憶體的挑戰與機遇。
中國學者與PODC會議
根據我們的統計，自2010年以來，有中國高校或研究機構參與完成的 PODC論文共計13篇，其中長文（regular paper型別）9篇，短文（brief announcement 型別）4篇。（由於部分論文的作者是以姓氏排序的，我們未採用只看“第一作者”的標準。）9篇長文分別來自南京大學（3篇）、清華大學（２篇）、天津大學（１篇）、浙江大學與香港大學（合作１篇）、香港科技大學（１篇）以及（臺灣）中央研究院（１篇）。4篇短文分別來自北京大學（１篇）、南京大學（１篇）、國防科技大學（1篇）以及浙江大學與華中科技大學（合作１篇）。該統計結果在一定程度上反映了中國學者在分散式計算基礎理論方面的研究還有待加強。
作者簡介
魏恆峰
南京大學電腦科學與技術系助理研究員。
主要研究方向為分散式計算（目前主要關注資料一致性問題）、形式化方法。
hfwei at nju dot edu dot cn
黃宇
南京大學電腦科學與技術系教授。
主要研究方向為分散式演算法設計與分析、分散式系統實現與驗證。
yuhuang at nju dot edu dot cn