SISTEMAS DISTRIBUÍDOS

Transcrição

1 SISTEMAS DISTRIBUÍDOS Sincronização Slide 7 Nielsen C. Damasceno

2 Introdução Utilizando Sistemas Distribuídos, uma grande dificuldade que temos é como garantir o acesso exclusivo a um recurso compartilhado, utilizando exclusão mútua e região crítica. Região Crítica: trecho de código que faz o acesso a um recurso compartilhado. Em Sistemas Operacionais, os problemas de exclusão mútua e região crítica são solucionados através de semáforos ou monitores

3 Introdução Tais métodos utilizam memória compartilhada para implementar a solução. Portanto, impossível de ser feito em um Sistema Distribuído, já que os processos estão em computadores distintos e cada um possui o seu próprio sistema operacional. Como promover a sincronização em um ambiente distribuído?

4 Introdução Os sistemas distribuídos utilizam algoritmos distribuídos na implementação de serviços e aplicações. A sincronização será realizada através de algoritmos distribuídos, sendo que alguns deles utilizam o clock para auxiliar na sincronização.

5 Algoritmos distribuídos Os algoritmos distribuídos apresentam as seguintes propriedades: As informações relevantes são espalhadas pelas múltiplas máquinas, já que estamos em um ambiente distribuído. Os processos tomam as decisões baseadas somente em informações locais. Para isso, é necessário que as máquinas troquem mensagens entre si para atualizar a sua situação. Um ponto de falha que paralise todo o sistema deve ser evitado. Não existe relógio comum ou um tempo global.

6 Clocks Com relação ao clock, há dois tipos, sendo eles: Clock Lógico. Clock Físico.

7 Clock Lógico Lamport (1978) com o artigo Time, Clocks, and the Ordering of Events in a Distributed System provou que a sincronização dos relógios é possível e apresenta o algoritmo para se conseguir isto.

8 Clock Lógico Lamport defende que a sincronização dos clocks não precisa ser absoluta, pelos seguintes motivos: Se dois processos não interagem, não é necessário que seus clocks sejam sincronizados, já que não há comunicação entre os processos. Usualmente o que importa não é que todos os processos concordem com o exato tempo em que os eventos aconteceram, mas que concordem na ordem em que os eventos ocorreram, o que é a definição de clock lógico.

9 Clock Lógico Lamport definiu a seguinte relação: aconteceantes : b (a acontece antes de b) Isso significa que todos os processos concordam que primeiro o evento a ocorreu e depois disto, o evento b ocorreu.

10 Clock Lógico Esta relação pode ser observada em duas situações: Se a e b são eventos no mesmo processo, e a ocorre antes de b, então a b é verdadeiro. Se a é o evento de uma mensagem sendo enviada por um processo, e b é o evento da mesma mensagem sendo recebida por outro processo, então a b é também verdadeiro.

11 Clock Lógico Se dois eventos x e y, acontecem em diferentes processos que não trocam mensagens, então nem x y é verdadeiro, nem y x é verdadeiro. Estes eventos são ditos concorrentes, o que significa que nada pode ser dito sobre a ordem que eles aconteceram.

12 Clock Lógico É necessário um modo de medição de tal forma que para todo evento a, possa ser assumido que ele ocorreu em um tempo C(a) no qual todos os processos concordem. Se a b, então C(a) < C(b).

13 Algoritmo de Lamport

14 Algoritmo de Lamport

15 Clock Físico Para a sincronização utilizando o clock físico, um algoritmo utilizado para a sua sincronização é o algoritmo de Berkeley. Algo que não podemos garantir é que uma máquina tenha um receptor de Tempo Universal Coordenado, pois há ambientes distribuídos que não tem acesso externo a internet. Neste algoritmo há um servidor de tempo centralizado que é responsável por atualizar o relógio físico dos computadores.

16 Clock Físico O Servidor de Tempo é ativo, e requer, periodicamente de cada computador, o tempo do seu relógio. O Servidor de Tempo calcula a média dos tempos (considerando o tempo dele mesmo) e diz para cada máquina como ajustar seu relógio para ter seu tempo igual à média calculada.

17 Algoritmo Berkeley

18 Algoritmo Berkeley

19 Algoritmo Berkeley

20 Exclusão Mútua Para conseguir o acesso exclusivo a um recurso compartilhado, precisamos de um algoritmo que efetue a exclusão mútua entre os processos. Há três algoritmos de exclusão mútua, sendo eles: Algoritmo Centralizado. Algoritmo Distribuído. Algoritmo Token Ring.

21 Algoritmo Centralizado A melhor maneira de se conseguir exclusão mútua em um sistema distribuído é imitar o que é feito no sistema centralizado (com um único processador). Ou seja, ter um único processo responsável pelo gerenciamento do acesso a um recurso compartilhado. Problema: queda do coordenador.

22 Algoritmo Centralizado

23 Algoritmo Distribuído O algoritmo centralizado tem o problema de uma falha no Coordenador inviabilizar o mecanismo. Quando um processo quer entrar na região crítica, ele constrói uma mensagem contendo o nome da região, onúmero do processo eotempo corrente. A mensagem é enviada a todos os outros processos.

24 Algoritmo Distribuído Quando um processo recebe uma mensagem de requisição de outro processo sua ação vai depender de sua situação relativa à região crítica, sendo elas: Se o receptor não está na região crítica e não quer entrar, ele envia de volta uma mensagem de OK. Se o receptor já está na região, ele não responde e coloca a requisição na fila. Se o receptor quer entrar na região crítica, mas aindanãoofez, ele compara o tempo da mensagem que chegou com o tempo da mensagem que ele enviou para os outros processos, sendo que o menor tempo vence.

25 Algoritmo Distribuído Quando todas as permissões chegam, o processo pode entrar na região crítica. Quando ele sai da região crítica, ele envia uma mensagem de OK para todos os processos na sua fila.

26 Algoritmo Distribuído

27 Algoritmo Token Ring Constrói um anel lógico, na qual cada processo é atribuído uma posição no anel. Quando o anel é inicializado, o processo 0 ganha o token. O token circula no anel (passa do processo k para o k+1). Quando o processo ganha o token ele verifica se quer entrar na região crítica. Caso positivo, ele entra na região, realiza o seu trabalho e ao deixar a região passa o token para o elemento seguinte do anel. Não é permitido entrar em uma segunda região crítica com o mesmo token.

28 Algoritmo Token Ring Se o processo não quer entrar na região crítica, ele simplesmente passa o token. Como consequência, quando nenhum processo quer entrar na região crítica o token fica circulando pelo anel. A vantagem desta estratégia é que não há um ponto crítico de falha e, do momento que você quer acessar o recurso compartilhado, até o momento em que você consegue o acesso, trocam-se, no máximo, n-1 mensagens, sendo que n é a quantidade de processos.

29 Algoritmo Token Ring

30 Algoritmo Token Ring A desvantagem é que se nenhum processo quiser acessar o recurso, ele ficará circulando infinitamente no anel, consumindo recursos da rede. Problemas: Se o token é perdido ele precisa ser regenerado. A detecção de um token perdido é difícil. Se um processo falhar também ocorrem problemas. A solução é fazer o processo que recebe o token confirmar o recebimento. O processo que falhou pode ser retirado do anel, e o token enviado para o processo seguinte. Essa solução requer que todos os processos conheçam a configuração do anel.

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