Sistemas Distribuídos Estados globais. Vinícius Fernandes Soares Mota

Transcrição

1 Sistemas Distribuídos Estados globais Vinícius Fernandes Soares Mota 1

2 2 Tópicos Tempo e relógio lógicos (revisão curta) Relógios vetoriais Estados Globais Snapshot distribuído

3 3 Antes... Por que a sincronização do relógio do computador é necessária?

4 4 Tempo lógico e relógio lógico Principais propriedades de um algoritmo distribuído: Informações são distribuídas pelos vários nodos do sistema Processos tomam decisões baseados apenas nas informações locais Sem um ponto único de falhas Não existe um relógio global a todo sistema

5 5 Relação Happens-Before Notação: A B Lê-se que A ocorreu antes de B Significado: todos os processos do sistema concordam que primeiro ocorreu o evento A e então o evento B Eventos que não são ordenados pela relação são ditos concorrentes. Notação: A \\ B

6 Implementação da Relação Happens-Before 6 Algoritmo de Lamport Utiliza o conceito de relógio lógico (C): Inteiro monotonicamente crescente armazenado em cada nodo Incrementado a cada evento Implementação do conceito de relógio lógico: Se A B então C(A) < C(B) O contrário não precisa ser verdadeiro

7 7 Atualização de Relógio Lógico Relógio (Cp) é incrementado antes de cada evento de (P). Quando P envia uma mensagem M para Q, insere um timestamp t= Cp Quando Q recebe (M, t), então Cq:= max (Cq, t) + 1 (garante-se assim que Cp < Cq)

8 Ocorrência de eventos nos processos P1, P2 e P3 8 p 1 a b m 1 p 2 c d m 2 Tempo Físico p 3 e f

9 Rótulos de tempo do Algoritmo de Lamport para ordenação de eventos p 1 a b m 1 p c d m 2 Tempo Físico p 3 1 e f 5

10 10 Relógios Vetoriais Um relógio lógico estabelece uma ordem total de todos os eventos, mesmo quando dois eventos são incomparáveis utilizando a relação happened-before. Embora os relógios lógicos não conseguem tratar toda a informação sobre a relação happened before. Vamos descrever um mecanismo chamado de vetor de relógios capaz de abranger toda a informação sobre a relação happened-before

11 11 Relógios Vetoriais Proposto por Mattern and Fidge, cada processo incrementa seu próprio relógio vetorial, e após isso envia junto com a mensagem uma cópia de seu relógio vetorial. No recebimento da mensagem, atualiza os valores do relógio vetorial para o máximo de cada um.

12 12 Relógios Vetoriais

13 13 Estado Global Estado global capta o conjunto de eventos que foram executados até o momento. Em sistemas distribuídos é complicado avaliar o estado global, é preciso cuidado ao se estabelecer o que ocorreu durante a execução. São utilizados para resolver muitos problemas em sistemas distribuídos.

14 14 Estado Global - Problemas Coleta de lixo distribuída: um objeto é considerado lixo se não existem mais referências a ele em nenhuma parte do sistema distribuído. Detecção de deadlock distribuída: um deadlock distribuído ocorre quando cada processo de uma coleção de processos espera que outro envie uma mensagem para o outro. Detecção de término distribuída: detectar se um algoritmo distribuído terminou.

15 15 Estado Global - Problemas

16 16 Estado Global Consistente Para achar estados globais consistentes é utilizado uma técnica de corte. Este corte é uma divisão na execução do sistema, ou seja é um subconjunto do histórico global. Eventos à direita do corte estão fora do estado global e eventos à esquerda do corte estão dentro do estado global. Corte podem ser: Consistentes: obedecem causalidade; Insconsistentes: não obedecem causalidade.

17 17 Estado Global Consistente Histórico local do processo i: h i = < e 0, e 1, e 2,..> Histórico global : H = h 0 h 1... h N-1

18 18 Estado Global Consistente e 1 0 e 1 1 e 1 2 e 1 3 p 1 m 1 m 2 p 2 e 2 0 e 2 1 e 2 2 Tempo físico Corte insconsitente Corte consistente

19 19 Estado Global Consistente e 1 0 e 1 1 e 1 2 e 1 3 p 1 m 1 m 2 p 2 e 2 0 e 2 1 e 2 2 Tempo físico Corte insconsitente Corte consistente O corte da esquerda é inconsistente porque, em p2, ele inclui a recepção da mensagem m1, mas p1 não inclui o envio dessa mensagem. Isso está mostrando um efeito sem causa.

20 20 Estado Global Consistente e 1 0 e 1 1 e 1 2 e 1 3 p 1 m 1 m 2 p 2 e 2 0 e 2 1 e 2 2 Tempo físico Corte insconsitente O corte da direita é consistente. Ele inclui tanto o envio como a recepção da mensagem m1. Ele inclui o envio, mas não a recepção da mensagem m2. Isso é consistente com a execução real afinal, a mensagem levou algum tempo para chegar. Corte consistente

21 21 Algoritmo snapshot distribuído Algoritmo de Chandy e Lamport (1985). Determina estados globais consistentes em sistemas distribuídos. Permite avaliar predicados estáveis. Características instáveis em relação a um objeto: possui lixo, estar em deadlock ou estar terminado. Qualquer processo pode inciar o snapshot. Vários snapshots podem estar executando em paralelo.

22 22 Premissas do algoritmo n processos no sistema. Cada canal de comunicação é unidirecional com entrega FIFO. FIFO: mensagem enviada primeiro é recebida primeiro. Não existe falha no envio de mensagens. Todas mensagens chegam intactas (sem perda de informação) e não são duplicadas. Processos continuam a executar normalmente durante o snapshot.

23 23 Algoritmo de Chandy e Lamport Definido por meio de duas regras Regra de recepção de marcador Regra de envio de marcador Ideia Básica cada processo registra seu estado e, também, para cada canal de entrada, um conjunto de mensagens recebidas nele. Para cada canal, o processo grava as mensagens que chegaram depois dele ter gravado seu estado e antes que o remetente tenha gravado seu próprio estado. Essa organização permite gravar os estados dos processos em diferentes momentos

24 24 Algoritmo de Chandy e Lamport Regra de recepção de marcador Na recepção pi de uma mensagem de marcador pelo canal c: if (pi ainda não tiver gravado seu estado) ele grava seu estado de processo atual; grava o estado de c como o conjunto vazio; ativa a gravação de mensagens que chegam por outros ; else pi grava o estado de c como o conjunto de mensagens recebidas por c desde que salvou seu estado. end if

25 25 Algoritmo de Chandy e Lamport Regra de envio de marcador Após pi ter gravado seu estado, para cada canal de saída c: pi envia uma mensagem de marcador por c (antes de enviar qualquer outra mensagem por c).

26 Algoritmo em ação 26 p S p 0 S p 1 S p 2 S p 3 m 1 m 2 m 3 q Sq 0 S q 1 S q 2 S q 3

27 Algoritmo em ação 27 q grava seu estado S q1, envia marcador para p p S p 0 S p 1 S p 2 S p 3 m 1 m 2 m 3 q Sq 0 S q 1 S q 2 S q 3

28 Algoritmo em ação 28 p grava seu estado como S p2, estado do canal vazio p S p 0 S p 1 S p 2 S p 3 m 1 m 2 m 3 q Sq 0 S q 1 S q 2 S q 3

29 Algoritmo em ação 29 q grava seu estado como m 3 p S p 0 S p 1 S p 2 S p 3 m 1 m 2 m 3 q Sq 0 S q 1 S q 2 S q 3

30 Algoritmo em ação 30 Estado Global = ((S p2, S q1 ), (0,m 3 ) ) p S p 0 S p 1 S p 2 S p 3 m 1 m 2 m 3 q Sq 0 S q 1 S q 2 S q 3

31 31 Por que é consistente? Prova: se recv(m) foi gravado entãosend(m) também foi gravado M m p q

32 32 Algoritmo de Chandy e Lamport O algoritmo seleciona um corte a partir do histórico da execução. O corte e, portanto, o estado gravado por esse algoritmo, são consistentes.

33 33 Algoritmo de Chandy e Lamport p 1 (1,0) (2,0) (3,0) (4,3) x 1 = 1 x 1 = 100 x 1 = 105 x 1 = 90 m 1 m 2 p 2 x 2 = 100 x 2 = 95 x 2 = 90 (2,1) (2,2) (2,3) Corte C Physical time O envio dos estados em forma de um relógio vetorial

34 34 Um exemplo mais completo P1 Inicia o processo Marca o estado como S1 Envia Marcador para P2 e P3 Abre canal para esperar resposta de p2 e p3 C21 e C31

35 35 Um exemplo mais completo S1, aguarda respostas C21 e C31 Primeiro marcador Marca estado como S3 Canal C13 vazio (recebeu marcador do P1) Envia marcador para P2 Aguarda resposta de P2 cana C23

36 36 Um exemplo mais completo S1, aguarda respostas C21 e C31 S3 C13 = <> Aguarda C23

37 37 Um exemplo mais completo S1, aguarda C21 e C31 Marcador duplicado C31 = <> S3 C13 = <> Aguarda C23

38 38 Um exemplo mais completo S1, aguarda C21 e C31 C31 = <> S3 C13 = <> Aguarda C23 S2 C32 = <> Aguarda C12

39 39 Um exemplo mais completo S1, aguarda C21 e C31 C31 = <> Duplicado S3 C13 = <> Aguarda C23 S2 C32 = <> Aguarda C12

40 40 Um exemplo mais completo S1, aguarda C21 e C31 C31 = <> Duplicado S3 C13 = <> Aguarda C23 S2 C32 = <> Duplicado C23= D f

41 41 Snapshot S1, aguarda C21 e C31 C31 = <> Duplicado S3 C13 = <> S2 C32 = <> C13 =<> Duplicado C23= D f

42 42 Snapshot S1, aguarda C21 e C31 C31 = <> C21 = <> Duplicado S3 C13 = <> S2 C23 = <> C13 =<> Duplicado C23= D f

43 43 Estados finais S1 C21 =<>, C31 =<> S2 C12 = <>, C32 = <> S3 C13 = <>, C23 = d f

44 44 Questões Tempo e relógios Vinícius Fernandes Soares Mota