Eleição de leader e Exclusão Mútua

Transcrição

1 Eleição de leader e Exclusão Mútua November, 9 Sumário Leader Exclusão Mútua

2 Leader O problema muitos algoritmos distribuídos pressupõem que um determinado processo desempenha um papel especial Por exemplo, o algoritmo centralizado que garante exclusão mútua. Solução proceder à eleição de um leader/coordenador: Uma vez concluída a eleição todos os processos activos sabem qual é o leader/coordenador. Este problema não tem solução em sistemas assíncronos com avarias. Porquê? Leader : Pressupostos. Cada processo que participa na eleição tem um identificador que o distingue dos restantes P.ex. o endereço IP do computador onde executa.. Cada processo conhece o identificador dos restantes processos. O que cada processo desconhece são os processos activos em cada instante.

3 Bully Algorithm de Garcia-Molina (/) Quando um processo P detecta que o coordenador está inactivo, inicia uma eleição:. P envia uma mensagem ELECTION a todos os processos cujo identificador é maior do que o seu.. Se nenhum processo responde, P ganha a eleição.. Se um processo, cujo identificador é maior do que o de P responde ao desafio, P desiste. Sempre que um processo recebe uma mensagem ELECTION dum processo cujo identificador é menor do que o seu, aceita o desafio:. responde ao processo que lhe enviou a mensagem;. inicia ele mesmo nova eleição, a menos que já tenha uma em curso. Sempre que um processo é reactivado, inicia uma eleição. Bully Algorithm de Garcia-Molina (/) Eventualmente, todos os processos desistem, menos um - o novo coordenador Previous coordinator has crashed (a) (b) (c) Coordinator 6 (d) (e)

4 Leader in a Ring(/) Assume-se que os processos estão dispostos, fisica ou logicamente, em anel. Um processo inicia uma eleição, construindo uma mensagem ELECTION, que inclui a sua identidade, e passa-a ao seu sucessor. Um processo que recebe uma mensagem ELECTION acrescenta a sua identidade à mensagem, candidatando-se. Eventualmente a mensagem dá a volta regressando ao processo que a criou, o qual a altera para uma mensagem COORDINATOR que circula de novo ao longo do anel. O leader é o processo listado na mensagem COORDINATOR com o maior identificador. Leader in a Ring(/) O algoritmo funciona mesmo no caso de execuções concorrentes: [,6,] [] message Previous coordinator has crashed [,6] [,] No response 6 4 [] Alguns pormenores por apresentar: Como se forma o anel? Como se mantém o anel na presença de avarias ou activação/desactivação de processos?

5 Exclusão Mútua O problema garantir exclusão mútua na execução duma secção crítica por processos num sistema distribuído Solução várias: i.e., sem partilha de memória. algoritmo centralizado; algoritmo distribuído; algoritmo em aneis. Exclusão Mútua: Algoritmo Centralizado (/) Um processo, o coordenador, mantém o estado das secções críticas dum mesmo conjunto: pode ser eleito usando um dos algoritmos acima. Um processo: antes de entrar numa secção crítica: envia um pedido de autorização ao coordenador; espera pela autorização. depois de sair duma secção crítica, notifica o coordenador correspondente.

6 Exclusão Mútua: Algoritmo Centralizado (/) Request Request Release No reply Queue is Coordinator empty (a) (b) (c) O coordenador: Quando recebe um pedido de autorização: Responde imediatamente, se conjunto livre. Insere o pedido numa fila, caso contrário. Quando recebe uma notificação: Actualiza o estado do conjunto, se não houver qualquer processo à espera. Responde ao primeiro processo na fila, caso contrário. Exclusão Mútua: Algoritmo Centralizado (/) + Simples: fácil de provar correcção. + Fácil de implementar.? Justo: todos processos tratados da mesma maneira. - Depende dum coordenador: E se o coordenador falha? Impossibilidades teóricas.

7 Exclusão Mútua: Algoritmo Distribuído (/) De Lamport, e optimizado por Ricar e Agrawala. Assume: que há uma ordem total dos eventos no sistema: Usar par (Lamport timestamp, process id). que a comunicacão é fiável. Um processo que quer entrar numa secção crítica difunde uma mensagem especificando: a identidade do processo; a secção crítica; a Lamport timestamp. Exclusão Mútua: Algoritmo Distribuído (/) Quando um processo recebe uma mensagem de outro a sua acção depende do estado em que se encontra: dentro duma secção crítica coloca a mensagem numa fila para posterior processamento; a tentar entrar numa secção crítica compara a timestamp da mensagem recebida com aquela da mensagem que transmitiu: se menor, responde ; senão, coloca a mensagem numa fila para posterior processamento. caso contrário (não está numa secção crítica nem pretende entrar) responde. Um processo só pode entrar na secção crítica depois de receber uma mensagem dos restantes processos. Quando um processo sai da sua secção crítica, envia uma mensagem a cada um dos processos na sua fila.

8 Exclusão Mútua: Algoritmo Distribuído (/) 8 Accesses resource 8 8 Accesses resource (a) (b) (c) O algoritmo assegura que a entrada nas secções críticas é feita por ordem das Lamport timestamps modificadas: estas timestamps têm uma ordem total; Em comparação com o algoritmo centralizado este algoritmo é: menos tolerante a falhas; menos eficiente; mais complicado. Exclusão Mútua: Token Ring (/) (a) (b) A ideia é: formar um anel de processos (físico ou lógico); fazer circular uma mensagem especial, o token, neste anel; quando um processo recebe o token: se pretende entrar na secção crítica, entra e quando sair passa o token ao processo seguinte; senão, passa o token imediatamente.

9 Exclusão Mútua: Token Ring (/) Se o token se perder há que o regenerar: Detectar a perda do token nem sempre é fácil. Avaria dum processo pode também conduzir à perda do token, a menos que: haja confirmação da recepção do token; a configuração do anel seja conhecida de todos os seus membros. É o algoritmo básico por trás dos algoritmos de controlo de acesso ao meio baseados em tokens: estes algoritmos são usados para garantir o acesso ao meio em exclusão mútua. Exclusão Mútua: Comparação dos Algoritmos Algorithm Messages per Delay before entry Problems entry/exit (in message times) Centralized Coordinator crash Distributed (n ) (n ) Crash of any process Token ring to to n Lost token, process crash Assume-se canais de comunicação ponto-a-ponto. O algoritmo centralizado é não só mais simples, mas também mais eficiente. O atraso assume que não há conflito. Qualquer dos algoritmos é pouco robusto em relação a avarias.

10 Leitura Adicional Capítulo 6 de Tanenbaum e van Steen, Distributed Systems, nd Ed. Secção 6.: Algorithms Secção 6.: Mutual Exclusion