Roteiro. Introdução Sincronização de Relógio Físico Sincronização de Relógio Lógico Exclusão Mútua

Transcrição

1 Sincronização

2 Roteiro Introdução Sincronização de Relógio Físico Sincronização de Relógio Lógico Exclusão Mútua

3 Introdução A comunicação entre processos é importante, mas não é só isso que importa; Uma questão intimamente ligada a ela é o modo como processos cooperam e sincronizam uns com os outros Nessa aula iremos estudar os modos de como os processos podem sincronizar; Por exemplo, não é ideal que todos os processos acessem o mesmo recurso ao mesmo tempo (causaria deadlock);

4 Introdução Exemplos de sistemas que utilizam sincronização Sincronização de Relógio Físico Sincronização de Relógio Lógico Exclusão Mútua Entre outros

5 Relógio Físico Relógios físicos são imprecisos Eles são baseados na oscilação de cristais; Cada cristal tem a sua própria oscilação e são diferentes entre si; Como os computadores possui, cada um, um cristal, então, não há como terem a mesma hora

6 Relógio Físico Relógios atômicos são mais preciso, porém são mas caros; Nem todo mundo poderia ter um em casa; Solução: alguém oferece a hora do relógio atômico e os outros computadores atualizam dele.

7 Relógio Físico Protocolo de Tempo Real Em algumas atividades, é importante o relógio físico de todos os computadores estarem iguais; Como Funciona: Computador A consulta a hora no computador B Computador B inclui na resposta o valor do seu relógio Computador A atualiza o seu relógio com o valor do relógio em B adicionado ao retardo da mensagem entre B e A Desvantagem: Atrasos de mensagens farão com que a hora fornecida seja desatualizada

8 Relógio Físico Protocolo de Tempo Real - O computador B envia o tempo T3; - Para corrigir o tempo desatualizada, o computador A calcula soma o tempo recebido mais o tempo de espera (de T1 à t4) divido por dois (RTT/2); - Assim, ele consegue um valor próximo do valor real;

9 Relógio Físico Network Time Protocol (NTP) Algoritmos descentralizados permite atualizar a hora física em vários computadores, em diferentes regiões; Como Funciona: Organizado em uma estrutura hierárquica (em estratos) O estrato K + 1 sempre atualiza sua hora no estrato K Assim, todos os estratos serão atualizados no mesmo valor Desvantagem: Atrasos de mensagens farão com que a hora fornecida seja desatualizada; Essa hora desatualizada por se propagar em todos os estratos;

10 Relógio Físico Network Time Protocol (NTP) 1 estrato 2 estrato 3 estrato... E assim sucessivamente...

11 Relógio Físico Berkeley Em outros casos, é importante a hora está correta dentro de um grupo; Como funciona: O processo responsável pela sincronização é ativo; Ele pergunta aos outros processos o tempo; Depois que todo mundo responde, ele tira a média; Por fim, retorna a média para todo mundo ajustar; Desvantagem: Necessita que frequentemente um usuário informe manualmente a hora correta;

12 Relógio Físico Berkeley (a) Pergunta as outras máquinas a hora de cada uma; (b) Elas respondem; (c) Manda uma mensagem para ajustarem os relógios;

13 Relógio Lógico Há também os casos em que o tempo físico não é importante, o que prevalece é a ordem dos eventos (Tempo Relativo); Tempo relativo não possui nenhuma relação com o tempo real Determinar ordenação temporal de eventos que ocorrem em nodos diferentes, medidos por relógios diferente O mais importante é que os processos do Sistema Distribuído concordem com a ordem em que os eventos ocorrem Exemplos de algoritmos: Lamport Tempo Vetoriais (extensão de Lamport)

14 Relógio Lógico Lamport relação entre os eventos ( acontece antes de ) O importante é entender a relação entre os eventos: a aconteceu antes de b : a b Se a e b são eventos do mesmo processo e a é executado antes de b, então a b ex. a representa o envio de uma mensagem, enquanto b representa o recebimento dessa mensagem, logo, a b A relação acontece antes é transitiva; Se a b e b c, então a c Se a e b são eventos concorrentes (a b), não podemos afirma que: a b (a acontece antes b) e nem b a (b acontece antes de a)

15 Relógio Lógico Lamport relógio lógico Outro ponto importante é o conceito de Relógio Lógico (sempre crescente); Cada processo possui um Relógio Lógico; Para cada evento a, possamos designar um valor de tempo C(a) com o qual todos os processos concordam; Esses valores de tempo devem ter a propriedade de se a b, ou seja, C(a) < C(b);

16 Relógio Lógico Lamport Como funciona: Ci é incrementado de 1 antes de cada evento no processo Pi; Quando um processo Pi envia mensagem m, o tempo t = Ci é anexado a mensagem Quando Pj recebe a mensagem (e o tempo), o relógio é atualizado para Cj = max(cj, t) antes de aplicar 1) Desvantagem: Não existe a descrição de eventos casuais, todos tem que ser ordenados (o que na realidade, não é assim que ocorre);

17 Relógio Lógico Lamport (a) três processos, cada um com seu próprio relógio lógico; os relógios funcionam a uma taxa Diferente; (b) O algoritmo de Lamport corrige os relógios;

18 Relógio Lógico Lamport Exemplo - Consistência de dado

19 Relógio Lógico Tempo Vetoriais Vetores com marcas de tempo são usados para os eventos locais em cada processo Vetor de relógios VCi no processo Pi é um vetor de N inteiros Onde N é o número de processos existentes Seja VCi [I] o número de eventos ocorridos em Pi até o instante de tempo em questão Seja VCi [j], o número de eventos que ocorreram em Pj, portanto Pi sabe quantos eventos ocorreram em Pj

20 Relógio Lógico Tempo Vetoriais Como funciona: Inicialmente CVi[j] = 0 for i, j = 1, 2,...N antes de cada evento, pi executa CVi[i] := CVi[i] +1 pi envia t = CVi em cada mensagem transmitida quando pi recebe (m,t), o processo ajusta CVi[j] = max(cvi[j], t[j]) j = 1, 2,...N (antes do próximo evento adiciona 1 ao seu próprio contador de eventos) Desvantagem: Pode ocorrer problemas de eficiência, porque mensagens podem ser retiras até quando as outras (atrasadas) chegarem; Nem todas as causalidades podem ser capturadas;

21 Relógio Lógico Tempo Vetoriais P0 P1 (1,0,0) (1,1,0) (1,1,0) P2 (0,0,0) (1,0,0) (1,1,0) (1) o processo P0 envia uma mensagem em multicast; (2) No entanto, uma a mensagem para o processo 2 chegará mais tarde (atrasada); (3) Enquanto isso, o processo P1, ao receber a mensagem, envia outra em broadcast; (4) O processo P0 recebe a mensagem corretamente, no entanto, o processo P2 não; (5) O processo P2 atrasa a mensagem e só irá libera quando receber a mensagem de P0; (6) Assim, todos processam as mensagens na mesma ordem;

22 Exclusão Mútua Necessita ordenar o acesso a um recurso, ou seja, ideal para: Evita deadlock; Permitir que todos os processos tenham acesso ao recurso; Há duas soluções: Baseados em Ficha Token Ring Baseada em Permissão Centralizada Distribuída

23 Exclusão Mútua Token Ring Como funciona: Os processos são organizados em um anel lógico; É criado um único token que permite o acesso ao recurso; Esse token circula entre os processos que fazem parte do anel lógico; Quando o processo recebe o token, ele decide se: Deseja utilizar o recurso e só repassa quando concluir a sua atividade, ou; Repassar o token para o próximo da vez; Desvantagem: Caso o processo com o token caia (por algum motivo), o token para se circular, portanto ninguém consegue mas acessar o recurso;

24 Exclusão Mútua Token Ring (a) Os computadores em grupo não estão ordenados; (b) Um anel é construído em um software; O token vai passando por cada processo; - caso o processo não utilize, ele repassa para o processo; - Caso utilize o recurso, ele só repassa depois que concluir a sua atividade;

25 Como funciona: Exclusão Mútua Centralizado Existe um processo exclusivo (o coordenador) para dá permissão de acesso ao recurso a outros processos Quando um processo requisição, caso: ninguém esteja utilizado o recurso, o coordenador libera o acesso Tenha alguém utilizado, o coordenador só libera o acesso ao recurso quando estiver livre; Desvantagem: O coordenador é um ponto de falha;

26 Exclusão Mútua Centralizado (a) O processo 1 solicita ao coordenador permissão para acessar um recurso compartilhado. A permissão é concedida. (b) Depois, o processo 2 solicita acesso o mesmo recurso. O coordenador não responde. (c) Quando o processo 1 libera o recurso, informa ao coordenador, que então responde para a 2.

27 Exclusão Mútua Distribuído Como funciona: Um processo pergunta (com um número) aos outros (e a ele mesmo) se pode acessar um recurso e aguarda pela resposta de todos*; Quando um processo recebe uma mensagem, ele pode retorna uma mensagem OK quando não quer utiliza o recurso; No entanto, caso queira acessar o recurso, ele compara se o número da sua mensagem é menor do que a da mensagem que acada de receber: Caso seja menor, ele não responde e acessa o recurso; Caso não seja, ele envia a mensagem OK e espera para ser liberado; Desvantagem: Um processo envia e recebe um grande número de mensagens; Caso um processo saia da rede e outro aguarda pela resposta; *E só irá acessar o recurso quando todos os processos responderem com a mensagem OK;

28 Exclusão Mútua Distribuído (a) dois processos querem acessar o mesmo recurso simultaneamente; (b) o tempo do processo 0 é o mais baixo, portanto vence; (c) Quando o processo 0 conclui, envia a mensagem OK, liberando o processo 2;

29 Outros Funções Sincronização de informação também é utilizada em outras áreas; A exemplo de Posicionamento de Nó; GPS; E também em Algoritmos de Eleição de Nós; LEACH;