SIST706 Sistemas Distribuídos

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1 Slide05 Tolerância a Falhas SIST706 Sistemas Distribuídos 2013/1 Prof. Jéfer Benedett prof.jefer@gmail.com profjefer.wordpress.com

2 Tolerância a Falhas Generais Bizantinos Adaptive-DSD Hi-ADSD DiVHA br/mc714wiki/index.php/generais_bizantinos

3 Falhas Fase de desenvolvimento Prevenção de Falhas metodologia de desenvolvimento, verificação Eliminação de Falhas testes, verificação Fase de operação Tolerância a Falhas mecanismos (software e/ou hardware) que permitem detecção e tratamento de falhas

4 Falha, erro e defeito Um defeito (failure) é definido como um desvio da especificação. Defeitos não podem ser tolerados, mas deve ser evitado que o sistema apresente defeito. Define-se que um sistema está em estado errôneo, ou em erro, se o processamento posterior a partir desse estado pode levar a um defeito. define-se falha ou falta (fault) como a causa física ou algorítmica do erro.

5 Falha, erro e defeito

6 Dependabilidade O objetivo de tolerância a falhas é alcançar dependabilidade. O termo dependabilidade é uma tradução literal do termo inglês dependability, que indica a qualidade do serviço fornecido por um dado sistema e a confiança depositada no serviço fornecido. Principais atributos de dependabilidade [Prad96] são confiabilidade, disponibilidade, segurança de funcionamento (safety), segurança (security), mantenabilidade, testabilidade e comprometimento do desempenho (performability).

7 Segurança (security) - proteção contra falhas maliciosas, visando privacidade, autenticidade, integridade e irrepudiabilidade dos dados Dependabilidade Atributo - Significado Dependabilidade (dependability) - qualidade do serviço fornecido por um dado sistema Confiabilidade (reliability) - capacidade de atender a especificação, dentro de condições definidas, durante certo período de funcionamento e condicionado a estar operacional no início do período Disponibilidade (availability) - probabilidade do sistema estar operacional num instante de tempo determinado; alternância de períodos de funcionamento e reparo Segurança (safety) - probabilidade do sistema ou estar operacional e executar sua função corretamente ou descontinuar suas funções de forma a nãosegurança (security) - provocar dano a outros sistema ou pessoas que dele dependam

8 Técnicas para alcançar dependabilidade prevenção de falhas - impede a ocorrência ou introdução de falhas. Envolve a seleção de falhas metodologias de projeto e de tecnologias adequadas para os seus componentes. tolerância a falhas - fornece o serviço esperado mesmo na presença de falhas. Técnicas falhas comuns: mascaramento de falhas, detecção de falhas, localização, confinamento, recuperação, reconfiguração, tratamento. validação - remoção de falhas, verificação da presença de falhas. previsão de falhas - estimativas sobre presença de falhas e estimativas sobre falhas conseqüências de falhas.

9 Tolerância Quatro fases de Anderson e Lee ANDERSON, T.; LEE, P. A. Fault tolerance -principles and practice. Englewood Cliffs, Prentice-Hall, 1981 detecção de erros duplicação e comparação testes de limites de tempo cão de guarda (watchdog timers) testes reversos codificação: paridade, códigos de detecção de erros, Hamming teste de razoabilidade, de limites e de compatibilidades testes estruturais e de consistência diagnóstico

10 Tolerância Quatro fases de Anderson e Lee confinamento e avaliação ações atômicas operações primitivas auto encapsuladas isolamento de processos regras do tipo tudo que não é permitido é proibido hierarquia de processos controle de recursos

11 Tolerância Quatro fases de Anderson e Lee recuperação de erros técnicas de recuperação por retorno (backward error recovery) técnicas de recuperação por avanço (forward error recovery) tratamento da falha diagnóstico reparo

12 Redundância Redundância é a palavra mágica em tolerância a falhas. Redundância para aumento de confiabilidade é quase tão antiga como a história dos computadores ([Crev56], [VonN56]). Todas as técnicas de tolerância a falhas envolvem alguma forma de redundância CREVELING, C.J. Increasing the reliability of electronic equipment by the use of redundant circuits. Proceedings of the IRE. New York, 44(4): , abr VON NEWMANN, J. Probabilistic logics and the synthesis of reliable organisms from unreliable components. In: Automata Studies, Shannon & McCarthy eds. Princeton Univ. Press, p

13 Generais Bizantinos Um sistema confiável deve ser capaz de lidar com falhas de um ou mais componentes; Um componente com falhas pode enviar informações conflitantes para diferentes partes do sistema; O problema enfrentado com esse tipo de defeito é expressado abstratamente como o Problema dos Generais Bizantinos.

14 Generais Bizantinos Problema dos Generais Bizantinos Alcançar consenso na presença de traidores Generais Bizantinos cercam uma cidade Existem: Generais leais Generais traidores Objetivo: Os Generais devem chegar a um consenso se atacam ou se esperam Só vencerão se todos os Generais leais atacarem! Os Generais traidores não deverão atrapalhar o consenso

15 Generais Bizantinos TEOREMA 1 Se 2/3 + 1 dos generais (processos) forem leais (não falharem),existe uma solução (algoritmo) que resultará numa ação comum, idendendente de possíveis mensagens enviadas pelos traidores TEOREMA 2 Se 1/3 ou mais dos generais (processos) forem traidores (falharem), não existe solução para este problema.

16 Generais Bizantinos No caso de poder haver um general (processo) traidor, existe uma solução para 4 generais, mas não para 3. Algoritmo para 4 generais (assuma que um general, o comandante, iniciará a ação) 1 - o comandante transmite sua decisão 2 - cada genenal (não comandante retransmite a decisão do comandante para os outros comandados 3 - cada comandado depois de receber a mensagem do comandante mais de outros 2 comandados, decide pelo voto da maioria entre as 3 mensagens Há 2 casos a serem considerados: 1 - o comandante é leal 2 - o comandante é taidor

17 Generais Bizantinos

18 Generais Bizantinos

19 Generais Bizantinos Resumo Não há solução para 3 generais se existe pelo menos 1 traidor Para tolerar até m falhas: Pelo menos 3m+1 generais têm que estar presentes. Pelo menos 2m+1 caminhos de comunicação Pelo menos m+1 rodadas de comunicação Para tolerar m falhas, pelo menos 3m + 1 nós são necessários = = = = 13

20 Sistemas Confiáveis Aplicações de Sistemas Tolerantes a Falhas

21 Modelo de Falhas

22 TF Pentium Tolerância a falhas nos processadores Pentium No microprocessador Intel 486 foi usada verificação de paridade para as transferências internas de dados entre caches e unidades de execução. Já no Pentium, adicionalmente à paridade nas caches, a TLB e a memória de microcódigo também são verificadas quando à paridade. No Pentium foram introduzidos recursos adicionais para verificação de exceções suportada por hardware (machine check exception). Também o esquema de mestre-verificador (usado inicialmente no iapx432) com dois chips voltou a ser adotado pela Intel a partir do Pentium. O Pentium Pro mantém todas as técnicas do Pentium e adicionalmente: paridade nos bytes de dados substituída por 8 bits de ECC 2 bits de paridade para barramento de endereço associado a técnicas de retry bits de paridade para sinais de controle No Pentium Pro verificação de exceções é conduzida pela MCA (machine check architecture) que adiciona 3 registradores de controle e 5 bancos de 4 registradores de erro aos recursos do microprocessador.

23 Objetivos Trabalho: Este slide define o objetivo do trabalho de acordo com os tópicos abaixo. São 4 tópicos que serão desenvolvidos pelos integrantes da turma divididos em 4 grupos. Cada grupo irá executar e relatar o objetivo e funcionamento de cada um dos algoritmos de tolerância a falhas. Eles devem ser compreendidos e executados. O relatório deve apresentar a descrição da função que o fonte realiza, demonstrando e explicando da melhor forma possível, utilizando desenhos, metáforas, exemplos. Este trabalho será iniciado na aula de 18/3 e finalizado na aula do 22/3 onde cada grupo irá apresentar o trabalho ao professor.

24 TRABALHO 1 - Adaptative_DSD br/jbdorr/disciplinas/sisdis/fase1/index.html 2 - HI_ADSD br/jbdorr/disciplinas/sisdis/fase2/index.html 3 - DIVHA br/jbdorr/disciplinas/sisdis/fase3/index.html 4 - HIPER BONE br/nunom/sist_distrb/trab4/trab4.html

25 Perguntas 1. Nos algoritmos, o que faz a biblioteca smpl.h? 2. O que a cisj.h fornece? 3. Qual é a função do HyperBone? 4. O que faz o algoritmo de Dijkstra? 5. Em sist. dist., qual a diferença entre o requisito safety e o requisito security? 6. O que é um HA-clusters?

26 Referências DUARTE AND NANYA: A HIERARCHICAL ADAPTIVE DISTRIBUTED SYSTEM-LEVEL DIAGNOSIS ALGORITHM, IEEE TRANSACTIONS ON COMPUTERS, VOL. 47, NO. 1, JANUARY 1998 Self Diagnosis Based on the Distributed Virtual Hypercube Algorithm - Luis C. E. Bona, Elias P. Duarte Jr, Keiko V. O. Fonseca - LAACS 2006 L. Lamport, R. Shostak, M. Pease, The Byzantine Generals Problem[1], ACM Transactions on Programming Languages and Systems, vol. 4 n. 3, pp , July ANDERSON, T.; LEE, P. A. Fault tolerance -principles and practice. Englewood Cliffs, Prentice-Hall, 1981 CREVELING, C.J. Increasing the reliability of electronic equipment by the use of redundant circuits. Proceedings of the IRE. New York, 44(4): , abr VON NEWMANN, J. Probabilistic logics and the synthesis of reliable organisms from unreliable components. In: Automata Studies, Shannon & McCarthy eds. Princeton Univ. Press, p

27 Bibliografia

28 ATENÇÃO Estes slides tem o objetivo de serem material de apoio durante as aulas, de forma alguma substituem o uso de outros fontes. Este slide é insuficiente para uma total compreensão dos conteúdos nele apresentados. Busquem os livros na biblioteca. Busquem outras fontes.