Comunicações por transações. Grupo 3. Lisiê Tieko Nakasone Tatiane Fernanda Silva Galinari. Orientador: Profº Norian Marranguello

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1 Comunicações por transações Grupo 3 Lisiê Tieko Nakasone Tatiane Fernanda Silva Galinari Orientador: Profº Norian Marranguello São José do Rio Preto, 17 de abril de 2002

2 Sumário 1. Endereçamento 1.1. Endereçamento Implícito e explicito 1.2. Endereçamento Simétrico e Assimétrico 2. Primitivas Bloqueadas e primitivas não bloqueadas 2.1. Primitivas Bloqueadas (Síncronas) Rendez-vous Rendez Vous Estendido Chamada Remota a Procedimentos 2.2. Primitivas não Bloqueadas (Assíncronas) 3. Transações 3.1. Atomicidade 3.2. Consistência 3.3. Isolamento 3.4. Durabilidade 4. Protocolo de aceitação em duas fases ª fase ª fase 5. Falhas na comunicação 6. Comunicação 6.1. Modelo de referência da ISSO A camada física A camada de enlace de dados A camada de rede A camada de transporte A camada de sessão A camada de apresentação A camada de aplicação 6.2. O modelo de referência TCP/IP A camada inter-redes A camada de transporte A camada de aplicação A camada host/redes

3 1. Endereçamento Técnica usada para a identificação do emissor/receptor da mensagem. Endereço unilateral, onde o emissor indica o receptor, mas o receptor dispõe-se a comunicar-se com qualquer emissor (adequado para cliente/servidor) Endereçamento implícito e explicito Implícito: Corresponde ao uso de ligações previamente estabelecidas entre os processos do sistema. Estas ligações, quando estabelecidas na fase de criação dos processos e mantidas durante toda a vida do sistema, contribuem para uma situação estática muito limitada, raramente aceitável na prática Explícito: Baseia-se na utilização de nomes, endereços e outros atributos dos processos explicitamente referenciados nas primitivas de comunicação. Quando usa nome e endereço é classificado como direto e quando usa portos ou elementos equivalentes é indireto. Exemplo de direto: linguagem CSP onde as primitivas send e receive devem possuir a indicação recíproca dos processos envolvidos (apropriado para situação de configuração estática). Exemplo de indireto: linguagem CLU Endereçamento simétrico e assimétrico Simétrico: Caracteriza-se por exigir que as primitivas utilizadas numa comunicação contenham a indicação recíproca da origem e do destino da mensagem, podendo envolver o nome dos processos ou seus portos. Por apresentar uma rigidez muito grande na ordem de comunicação entre os processos e por exigir que o receptor conheça as origens das mensagens que irá receber, é contra indicado em aplicações do tipo cliente/servidor principalmente onde os clientes são variáveis Assimétrico: Exige que exista somente a identificação do destino da mensagem, sendo feita pela primitiva existente no processo emissor, o processo receptor deverá receber mensagem sem o conhecimento prévio de suas origens. Embora não satisfaça a todas as aplicações possíveis, é adequado a aplicações do tipo cliente servidor por permitir não determinismo na ordem de recepção de mensagens e fazer com que o servidor possa ser utilizado, mesmo em configurações dinâmicas. Exemplo: linguagem ADA. 2. Primitivas bloqueadas e primitivas não bloqueadas (síncronos e assíncronos) Primitivas bloqueadas (síncronos) Há três tipos de comunicação síncronos:

4 Rendez-vous é obtido através de primitivas envia e recebe bloqueantes colocadas em processos distintos; a execução dessas primitivas em tempos diferentes faz com que o processo que executar a primitiva antes do outro fique bloqueado até que ocorra a sincronização entre os dois processos. É o mais simples e flexível e mantêm os processos comunicantes independentes um do outro a menos da sincronização. Não há transferencia de controle de um processo para outro Rendez-vous estendido Um processo consegue comandar a execução de um trecho de programa pertencente a um outro processo. O processo requisitante, ao realizar a chamada de um ponto de entrada de outro processo ficará bloqueado enquanto receber uma resposta de termino desse trecho. A chamada, então deve ser sincronizada com o ponto de entrada do trecho de programa do outro processo. Assim, qualquer dos dois processo que atingir o ponto de sincronismo em primeiro lugar ficará a espera de que o outro atinja o seu ponto para que a sincronização possa acontecer Chamada remota a procedimentos Um processo pode comandar a execução de um procedimento situado em um outro processador. O processo chamador deverá ficar bloqueado até que o procedimento chamado termine. É um comando de execução de procedimento que, ao ser devidamente interceptado pelo sistema tanto na chamada quanto no retorno, fará com que o procedimento seja executado, recebendo e enviando parâmetros associados com outro processo situado em outro computador. Rendez-vous estendido e chamada remota a procedimento são mais complexos e restritivos do que rendez-vous, apresentando mais segurança Primitivas não bloqueadas (assíncronas) Terá pelo menos a presença de pelo menos uma primitiva envia ou recebe não bloqueante. Exigem alta taxa de paralelismo entre os processos porém não exige sincronização. A primitiva send é útil em que um processo necessita enviar mensagem para muitos destinatários sem preocupar se vão receber ou não. A receive é útil onde se queira receber mensagem imprevisíveis. Aplicações: Send bloqueante, receive não bloqueante: usa como o tipo cliente/servidor onde cada cliente procura enviar uma requisição de serviço ao servidor, enquanto o servidor procura atender a todos os clientes num sistema de varredura. Send não bloqueante, receive bloqueante: usa em processos cooperativos. Um processos envia uma mensagem de interesse exclusivo do segundo e continua a sua execução sem necessidade de interação naquele ponto. Send não bloqueante, receive não bloqueante: Usa onde vários processos cooperam aleatoriamente. Os emissores não precisam ficar bloqueados, havendo somente a necessidade do receptor fazer uma varredura de recepção sem bloquear. 3. Transações

5 Conjuntos de comunicações assíncronas do tipo solicitação/resposta que satisfazem as propriedades de atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade (ACID) Atomicidade: Garante a consistência de objetos replicados. Ou todas as transações são replicadas ou nenhuma delas o são Consistência: Mantém a consistência dos resultados. A execução de transações intercaladas é equivalente a execução de transação serial Isolamento: proporciona a consistência de percepção do estado do sistema. Os resultados parciais de transação incompleta não são visíveis a outras, antes que os participantes da transação entrem em acordo a seu respeito Durabilidade: Complementa a idéia de percepção do estado do sistema. O sistema garante que os resultados de uma transação se tornarão permanentes, mesmo ocorrendo falha depois da concordância das partes. O processador que iniciar uma transação é chamado coordenador e as demais como participantes. A transação inicia com um pedido de multicast do coordenador a todos os participantes. A transação se encerra com uma decisão final por efetivar ou abortar a transação, dependendo nas propriedades da ACID podem ou não serem satisfeitas. Todos os participantes devem concordar na decisão final. 4. Protocolo de aceitação em duas fases Envolve um coordenador (inicia a transação) e demais processos (participantes da transação) ª fase: Coordenador distribui a participantes uma solicitação. Ou o participante concorda registrando e enviando ao coordenação uma mensagem indicando concordância ou discorda enviando a mensagem discordância e aborta o processo ª fase: O coordenador decide o fim. Se todos os votos recebidos forem favoráveis à concordância com a transação ele confirma, se não aborta. Cada participante recebe a mensagem da decisão final. Se houve acordo geral, o participante muda o estado de sua concordância (precário->efetivo) e procede qualquer processamento relacionado com esta transação, enviando resposta para coordenador. Senão o participante aborta o processamento desta transação. As recuperações de falha ocorre em três situações: 1. Quando as falhas ocorrem antes de um acordo prévio (aborta a transação); 2. Quando as falhas ocorrem após um acordo definitivo ( coordenador reenvia mensagem de confirmação aos participantes); 3. Quando as falhas ocorrem entre um acordo prévio e o definitivo (coordenador aborta ou retransmite a mensagem de confirmação).

6 5. Falhas na comunicação O sistema de comunicação deve possuir um esquema de detecção de erro capaz de permitir que somente as mensagens corretas sejam encaminhadas aos seus destinos. Por exemplo, uma transação do tipo rendez-vous estendido ou uma chamada remota a procedimentos pode falhar pelas seguintes razões: -Perda de mensagem de chamada pelo sistema de comunicação; -Não aceitação da chamada no ponto de recepção, devido a falha no processador; -Falha no trecho do programa equivalente durante sua execução; -Perda de mensagem de retorno pelo sistema de comunicação. Qualquer uma dessas falhas fará com que o processador fique bloqueado a espera da mensagem de resposta. Para isso, o sistema deve ter capacidade de detectar falhas na transação. O processo chamador deverá estabelecer um limite de tempo (time-out) para a realização da transação que ocorrerá o abandono da mesma. As causas da falha de comunicação podem ser físicas ou lógicas: - Físicas: resolvidas através do time-out e mecanismo de reconhecimento de mensagem; - Lógicas: Na presença de deadlock verifica a análise de grafos para melhor visualização; Na destruição de processos trata-se na execução de apenas uma vez na estrutura de comunicação. 6. Comunicação A rede de comunicação de um sistema distribuído engloba elementos físicos utilizados na interconexão dos equipamentos e protocolos para disciplinar a comunicação entre os processadores. Esses protocolos são conjuntos de regras para garantir como a comunicação vai ocorrer e que ela seja confiável. A comunicação pode ser feita ponto-a-ponto ou multi-ponto. No 1º caso, se estabelece uma ligação direta entre um par de processadores. Já no 2º caso, um conjunto de processadores é interligado através de barramento. Em sistemas distribuídos, a comunicação é baseada em troca de mensagens. A comunicação acontece em camadas, ou seja, os protocolos são implementados em diversos níveis, sendo que cada um possui suas próprias regras e objetivos. Os principais protocolos são: RM-OSI da ISO TCP-IP do DoD 6.1 O modelo de referência da ISO Para tornar mais fácil o tratamento das várias camadas, e dos aspectos envolvidos na comunicação, a International Standards Organization, ISO, desenvolveu um modelo de referência que identifica claramente os níveis envolvidos na comunicação, dá a eles nomes

7 padronizados, e aponta quais os tipos de trabalho que devem ser realizados por cada um dos níveis. Esse modelo é conhecido como: reference model for open system interconnection (RM-ISO). Esse modelo trata da interconexão de sistemas abertos, ou seja, sistemas que estão abertos à comunicação com outros sistemas. Faz isso através de regras que são os protocolos. O modelo OSI distingue dois tipos de protocolo. O 1º são os protocolos orientados à conexão, onde para haver troca de mensagens, é preciso se estabelecer antes uma conexão entre transmissor e receptor e depois essa conexão deve ser desfeita. Um exemplo, é o telefone. Já o 2º tipo, são os protocolos sem conexão, onde não há necessidade de nenhum procedimento anterior à troca de mensagens, o transmissor simplesmente transmite a mensagem quando ele estiver pronto para faze-lo. A mensagem segue pelo sistema sem obedecer a um caminho pré-definido. Exemplo: carta em uma caixa de correio. A comunicação no modelo OSI é dividida em sete camadas ou níveis, que vai desde o nível físico até o de aplicação voltada para o usuário A camada física Preocupa-se com as características elétricas, mecânicas e funcionais necessárias para a transferência adequada de informações. As características elétricas consideradas são a amplitude, o período e a freqüência dos sinais, o esquema de modulação. Dentre as características mecânicas estão o número de pinos usados nos conectores, o tamanho desses conectores e de seus pinos, bem como a distribuição destes naqueles. Já as características funcionais estão relacionadas com os procedimentos necessários para o estabelecimento e encerramento de conexões A camada de enlace de dados Essa camada é responsável pela detecção e correção dos erros no envio de mensagens. Para tanto, os bits são agrupados em unidades denominadas quadros. A função deste nível é verificar se os quadros estão sendo recebidos corretamente. O nível do enlace dos dados faz este trabalho colocando um padrão especial de bits no início e no final de cada quadro, além de calcular o checksum. Depois de calculado, o checksum passa a fazer parte do quadro. Ao receber um quadro, o receptor recalcula o checksum e compara o resultado obtido com o checksum que veio no quadro. Se os valores forem iguais, o quadro é considerado correto. Se forem diferentes, o receptor solicita que o quadro seja enviado novamente pelo transmissor A camada de rede Essa camada é responsável pelo roteamento de pacotes. Este problema é mais ou menos complicado, pois nem sempre o menor caminho é o melhor. O que realmente importa é o retardo que a mensagem vai experimentar ao passar por determinada rota, retardo este que está ligado à quantidade de tráfego, e ao número de mensagens aguardando para ser transmitidas ao longo da rede. Outras questões relativas ao tráfego são o tratamento

8 de congestionamentos, o controle da vazão e a contabilidade dos serviços. Congestionamentos ocorrem quando um nó da rede é forçado a trabalhar no seu limite de capacidade, causando um engarrafamento das informações que por ela trafegam. O controle de vazão refere-se ao controle do desequilíbrio entre as velocidades de transmissão de um nó e de recepção de outro. A contabilidade deve-se à necessidade de contagem dos pacotes enviados pelos diversos usuários. São adotados dois tipos de serviços oferecidos por esta camada: circuitos virtuais e datagramas. No 1º, a rede escolhe uma rota durante o estabelecimento da chamada, e usa esta rota para a transmissão da mensagem completa. No 2º, cada pacote é roteado em direção ao seu destino de forma completamente independente de todos os outros pacotes, a rede não precisa escolher previamente nenhum caminho para a mensagem A camada de transporte A função do nível de transporte é garantir uma conexão confiável. Para isto, ao receber uma mensagem da camada de sessão, faz a divisão dessa mensagem em pacotes. Ao término desse trabalho transmite os pacotes. É a primeira camada fim-a-fim, ou seja, só trabalha nas máquinas origem e destino, pois nas máquinas intermediárias as mensagens são roteadas na camada de rede A camada de sessão Nesta camada há uma maior preocupação com as aplicações propriamente ditas. Faz o controle do diálogo, de forma a estabelecer qual das partes está falando, além de fornecer também facilidades para sincronização. Na prática, poucas aplicações fazem uso desse nível, e por isto ele quase não é implementado A camada de apresentação A camada de apresentação ocupa-se da interpretação da sintaxe dos dados, transformando-os e formatando-os sempre que necessário, para resolver problemas de diferenças entre as sintaxes dos diversos sistemas interligados A camada de aplicação É composto por um conjunto de diversos protocolos voltados para diferentes atividades, como correio eletrônico, transferência de arquivos, e conexão de terminais remotos a computadores através de uma rede O modelo de referência TCP/IP

9 O Departamento de Defesa dos Estados Unidos, DoD, criou uma rede de pesquisa, a ARPANET, que mais tarde seria conhecida como Internet. O objetivo da criação dessa rede era conectar várias máquinas ao mesmo tempo. Definiu-se que as conexões deveriam permanecer intactas enquanto as máquinas de origem e de destino estivessem funcionando, mesmo que algumas máquinas ou linhas de transmissão intermediárias deixassem de operar repentinamente. A comunicação no modelo TCP/IP é dividida nas seguintes camadas: inter-redes, transporte, aplicação e host/rede A camada inter-redes Escolha de uma rede de comutação de pacotes baseada em uma camada de ligação inter-rede. Define um protocolo chamado de IP (Internet Protocol). Esta camada tem como função entregar pacotes IP onde eles são necessários; além de fazer o roteamento e evitar congestionamentos. Com isto podemos dizer que esta camada é semelhante à camada de rede do modelo OSI A camada de transporte Tem como finalidade permitir que as entidades pares dos hosts de origem e de destino mantenham uma conversação, o que é semelhante à camada de transporte do modelo OSI. Define-se dois protocolos fim-a-fim: TCP e UDP. O TCP é um protocolo confiável orientado à conexões, que permite a entrega, sem erros, de um fluxo de bytes. Fragmenta o fluxo de bytes em mensagens. Faz o controle de fluxo. O UDP é um protocolo não confiável sem conexão. Não faz o controle de fluxo, nem manutenção da seqüência das mensagens enviadas A camada de aplicação Contém os protocolos de alto nível: TELNET: protocolo de terminal virtual FTP: protocolo de transferência de arquivos SMTP: protocolo de correio eletrônico HTTP: protocolo usado para buscar páginas na WWW A camada host/rede

10 O host tem de se conectar com a rede utilizando um protocolo, para que seja possível enviar pacotes IP. Esse protocolo não é definido e varia de host para host e de rede para rede.