Sistemas Distribuídos e Redes de Sensores

Transcrição

1 Aula 6: Outros Padrões disseminação e roteamento abril de 2013

2 Padrões de programas distribuídos padrão cliente-servidor exibe assimetria intrínseca padrões envolvendo processos pares: código idêntico G. Andrews. Paradigms for process interaction in distributed programs. ACM Computing Surveys, 23(1), march 1991,

3 Notação Andrews canais desacoplamento em relação a parceiros específicos tipagem

4 exemplos C/S monoprocesso monitor : alocação de recursos de caráter homogêneo controlador de disco pré-alocação sessões de uso (continuidade conversacional) e estado

5 Padrões p2p simetria do código facilita entendimento do programa algoritmos em execução determinam padrões de comunicação relação entre discussão no artigo Andrews e aplicações mais recentemente rotuladas como p2p

6 Disseminação de informações Motivação Disseminação de informações de um nó raiz para toda a rede Disseminação de informações de todos os nós para todos os nós da rede (ex., problema de descoberta de topologia da rede) Coleta de dados de todos os nós da rede Probe/echo e heartbeat Padrões de interação adequados para disseminação de informações quando os nós trocam mensagens apenas com seus vizinhos imediatos.

7 Algoritmos e padrão da aplicação possivel combinação de vários padrões algoritmo de disseminação pode ser apenas pequena parte do que é computado na aplicação

8 Disseminação e roteamento redes físicas redes de overlay

9 Algoritmos heartbeat Cada processo executa uma sequência de iterações, onde cada iteração compreende: 1 enviar seu conhecimento local para todos os vizinhos (expansão) 2 receber o conhecimento dos vizinhos (contração) 3... e combinar os dados gerando nova versão da informação global

10 problema exemplo: descoberta de topologia da rede Cada nó só se comunica com seus vizinhos; Inicialmente cada nó só conhece seus vizinhos imediatos; A rede é conexa (todo nó tem ao menos um vizinho); Ao final queremos que cada nó (processo) conheça a topologia inteira da rede (grafo de enlaces). por exemplo, para tomar decisões sobre roteamento de mensagens problema representativo em SDs pois reaparece em várias formas

11 Algoritmo distribuído para descoberta de topologia Cada nó pergunta pela topologia de seus vizinhos (enviando e recebendo uma mensagem); Depois de uma interação (round), cada nó conhece a topologia no raio de dois saltos; Depois de r interações, o seguinte predicado será verdadeiro em cada nó p: ROUND: q : 1 q n : (dist(p, q) r top[q, ] já preenchida)

12 Algoritmo heartbeat para descoberta de topologia primeira solução: diâmetro da rede (distância em saltos entre os nós mais distantes) conhecido:

13 Interface de comunicação p2p Interface do enlace Module: Name: PerfectP2PLink Events: Request: < Send dest, msg > Indication: < Deliver src, msg > Propriedades do enlace mensagens são entregues em ordem, não há criação de mensagens

14 Interface para componente de descoberta de topologia (v1) (considerando que o diâmetro da rede seja conhecido) Module: Name: Topologia-v1 Events: Request: <DescobreTopologia d, vizinhos[n]> Indication: <TopologiaAtual top[n][n]>

15 Ligação entre componentes

16 Algoritmo heartbeat (parte 1) Implements: Topologia-v1 Uses: PerfectP2PLink event <Init> do global top[1:n][1:n] := false; global r := 0; resp := 0; num_vizinhos := 0; proc Expande() do forall q in top[p] do trigger <Send q, top> resp := num_vizinhos; end event <DescobreTopologia d, vizinhos[n]> do top[p][1:n] := vizinhos[1:n]; num_vizinhos := computa vizinhos; call Expande() end

17 Algoritmo heartbeat (parte 2) event <Deliver q, newtop> do top := top or newtop; resp := resp - 1; call Topo(); end proc Topo() do if (resp = 0) then r := r + 1; if (r = d) then trigger <TopologiaAtual top>; else call Expande() end end end

18 Problemas da solução anterior 1 Conhecimento a priori do diâmetro D da rede 2 Troca excessiva de mensagens: nós na região central da rede continuarão a ex ecutar as interações mesmo depois de já terem terminado de computar a topologia

19 Algoritmo heartbeat refinado para descoberta de topologia Depois de r interações, o nó p conhecerá a topologia dentro da distância r: q : dist(p, q) r, os vizinhos de q estarão armazenados na linha q de top Como a rede é conexa, cada nó tem ao menos um vizinho, então o nó p terá executado um número suficiente de interações (rounds) para saber a topologia da rede assim que toda linha de top tiver ao menos um valor TRUE Nesse ponto, q pode terminar após compartilhar sua topologia final com seus vizinhos

20 Interface para descoberta de topologia (v2) Module: Name: Topologia-v2 Events: Request: <DescobreTopologia vizinhos[n]> Indication: <TopologiaAtual top[n][n]>

21 Algoritmo heartbeat (parte 1) Implements: Topologia-v2 Uses: PerfectP2PLink event <Init> do global top[1:n][1:n] := false; global resp := 0; num_vizinhos_ativos := 0; global ativos[1:n] := false; done := false;

22 Algoritmo heartbeat (parte 2) proc Topo() do if (resp = 0) then if (todas linhas de top tem uma entrada true) then done := true; forall q in ativos do trigger <Send q, [done, top]> if (done) then trigger <TopologiaAtual top>; else end end resp := num_vizinhos_ativos;

23 Algoritmo heartbeat (parte 3) event <DescobreTopologia vizinhos[n]> do top[p][1:n] = vizinhos[1:n]; ativos[1:n] = vizinhos[1:n]; num_vizinhos_ativos := computa vizinhos; forall q in ativos do trigger <Send q, [done, top]> resp := num_vizinhos_ativos;

24 Algoritmo heartbeat (parte 4) event <Deliver q, [qdone, newtop]> do if (not done) then top := top or newtop; if (qdone) then ativos[q] := false; num_vizinhos_ativos = num_vizinhos_ativos-1; end resp := resp - 1; call Topo(); end

25 Observações sobre a solução anterior O limite superior de mensagens trocadas é: n 2 m (D + 1), onde n é o número de nós na rede e m é o número máximo de vizinhos de um nó Cada nó n executa no máximo D + 1 rodadas nas quais troca 2 msgs com cada um dos seus m vizinhos

26 Observações sobre o padrão heartbeat O loop principal dos algoritmos heartbeat segue sempre a mesma estrutura básica (envia msgs para os vizinhos e espera pelas respostas); O conteúdo das msgs e como elas são tratadas depende de cada aplicação; O critério de término e como é verificado depende de cada aplicação no exemplo, cada nó é capaz de identificar o término; em outros casos, o nó precisará: interagir com um controlador central trocar informações adicionais ou executar o pior caso de número de rodadas