Sincronização em Sistemas Distribuídos

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Luiz Felipe Santiago Pinto
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1 1 Sincronização em Sistemas Distribuídos

2 2 Roteiro Sincronização através do clock Relógios Lógicos Solução de Lamport (1978, 1990) Relógios Físicos Algoritmo de Cristian Algoritmo de Berkeley

3 3 Sincronização de Relógio Ambigüidade de Tempo Processo A envia msg1 msg1 = dobre o valor de x Processo B envia a msg2 msg2 = adicione 100 a x A 1 4 C D B x tem valor 1000 Processo C executa msg1 e msg2 x = 2100 Processo D executa msg2, msg1 x = 2200 GRUPO I GRUPO II

adicione 100 a x A 1 4 C D 3 2 5 B x tem valor 1000 Processo C

4 4 Sincronização de Relógio Ambigüidade de Tempo Inexistente entre processos em Sistemas Centralizados» Informação direcionada pelo Kernel» Se P1 pergunta pelo tempo antes de P2 TP1 <= TP2 Solução não trivial em Sistemas Distribuídos

Informação direcionada pelo Kernel» Se P1 pergunta pelo

5 5 Sincronização de Relógio Processo B questiona a hora a S no instante T0 Processo A questiona a hora a S no instante T0 + 1 Tempo de B deveria ser <= ao tempo de A A S B O request (requisição) de A chega primeiro a S Conclusão» TA <= TB

T0 + 1 Tempo de B deveria ser <= ao tempo de A A S B O

6 6 Sincronização de Relógio Exemplo de ambigüidade do Tempo Global Programa make do UNIX Conclusões» São divididos em vários arquivos fonte.» Alteração no código (fonte) só exige a recompilação no arquivo específico, em vez de todo o programa. Como?» Examina arquivos fonte e objeto.» Compara data e hora de alteração.» Se o tempo do fonte é maior que o do objeto, cria um novo objeto (deve ser recompilado).

» Alteração no código (fonte) só exige a recompilação no arquivo específico, em vez de todo o

7 7 Sincronização de Relógio Exemplo de ambigüidade do Tempo Global Programa make do UNIX» Se input.c tem tempo 1000 e input.obj tem tempo 900 cria um novo arquivo input.obj» Se input.c tem tempo 1000 e input.obj tem tempo 1010 NÃO cria um novo arquivo input.obj Não há necessidade de recompilação Nesse caso, o executável não reflete as alterações feitas

obj» Se input.c tem tempo 1000 e input.obj tem tempo 1010 NÃO cria um novo arquivo input.

8 8 Sincronização de Relógio Exemplo de ambigüidade do Tempo Global Supondo um ambiente distribuído com a edição na máquina A e a compilação na máquina B» O que acontece se o relógio de B adiantar em função de A? input.obj criado Máquina B Máquina A input.c alterado» O programa make não vai chamar o compilador p/ recompilar o arquivo fonte. Mistura de arquivos objeto e fonte (velhos e novos). Provavelmente, não vai funcionar a aplicação...

obj criado Máquina B 1000 1001 1002 1004 Máquina A 990 991 992 993 input.

9 9 Sincronização de Relógio Exemplo de ambigüidade do Tempo Global Conclusões (ambiente distribuído)» Pode não haver uma fonte única de informação de tempo.» Clocks mais lentos, outros mais rápidos.» Efeitos catastróficos pelo fato de não termos todos os clocks sincronizados.» É possível sincronizar todos os clocks de um sistema distribuído? Algoritmo de Lamport (mostrou em 1978)

» Clocks mais lentos, outros mais rápidos.

10 10 Eventos e Relógios A ordem de eventos que ocorrem em processos distintos pode ser crítica em uma aplicação distribuída (ex: make, protocolo de consistência de réplicas). Em um sistema com n computadores, cada um dos n cristais (associado a dois registradores, um contador e um de armazenamento) terá uma freqüência própria, fazendo com que os n relógios percam seu sincronismo gradualmente. Multicomputadores

Em um sistema com n computadores, cada um dos n cristais (associado a dois registradores, um contador

11 11 Relógios lógicos Princípios: 1. Somente processos que interagem precisam sincronizar seus relógios. 2. Não é necessário que todos os processos observem um único tempo absoluto; eles somente precisam concordar com relação à ordem em que os eventos ocorrem.

12 12 Solução de Lamport Lamport Sincronização de Clock não necessita ser absoluta Processos sem interação Não é necessário que seus clocks estejam sincronizados Perda de sincronização não interfere Não poderá causar nenhum problema Tempo real X ordem dos eventos O que interessa (importa) aos processos?» A ordem na qual os eventos irão ocorrer... Clock Lógico

sincronização não interfere Não poderá causar nenhum problema Tempo real X ordem dos

13 13 Clock Lógico X Clock Físico Clock Físico Clocks devem ser iguais (multicomputadores) e não podem derivar num certo valor do tempo real.» Tempo Real

14 14 Solução de Lamport Relação happens-before a b é lida a acontece antes de b Todos os processos concordam que o evento a ocorreu antes de b» Se a e b são eventos num mesmo processo e a acontece antes de b, então a b é verdadeira» Se a representa um SEND de P1 e b um RECV de P2, sendo P 1 e P 2 processos distintos, então a b é verdadeira.

mesmo processo e a acontece antes de b, então a b é verdadeira» Se a representa um

15 15 Solução de Lamport Relação happens-before Transitividade» a b e b c, então a c Se os eventos x e y ocorrem em processos que não trocam mensagens (concorrentes) É falso que:» x y e y x

16 16 Eventos (exemplo) Eventos ocorrendo em três processos: p1 a b m1 p2 p3 e c d m2 f Tempo Físico a -» b, c -» d, e -» f, b -» c, d -» f a -» f Os processos "a" e "e" são concorrentes: a e

17 17 Solução de Lamport Se a b, então C(a) C(b) Clock de a é menor que o de b» Clock como tempo Clock sempre é incrementado, nunca decrementado.

18 18 Solução de Lamport Processo 1 Processo 2 Processo A D B C Processos 1, 2 e 3 executam em máquinas distintas com diferenças de velocidade de Clock. Msg (a,b,c e d)

40 50 60 70 80 90 Processos 1, 2 e 3 executam em máquinas

19 19 Solução de Lamport Processo 1 Processo 2 Processo A B C D

20 20 Solução de Lamport Requisitos para Tempo Global Entre dois eventos deve haver ao menos um Clock Tick.» Múltiplos eventos de SEND ou RECV sucessivos Avançar o Clock Dois eventos não devem ocorrer no mesmo tempo» ID (identificação) do processo

» Múltiplos eventos de SEND ou RECV sucessivos Avançar o

21 21 Relógios físicos BIH: Bureau Internacional de l Heure TAI: International Atomic Time GMT: Greenwich Mean Time UTC: Universal Coordinated Time NIST: National Institute of Standard Time WWV: estação de rádio de ondas curtas GEOS: Geostationary Environment Operational Satellite

22 22 Algoritmo de Cristian Servidor de Tempo Passivo Receptor WWV (time server) Sincronização Externa (fonte externa) Clientes questionam a hora do servidor Resposta imediata... Problemas Ajuste de Clock» Clock (cliente) pode ser adiantado gradativamente» Clock (cliente) nunca deve ser atrasado (pode causar sérios problemas)» Overhead do Kernel do Servidor

23 23 Algoritmo de Cristian Resposta imediata Ao receber a mensagem resposta do time server, o cliente adiciona o tempo médio de envio de mensagens à hora recebida. Esse tempo médio é calculado pelo próprio cliente considerando as horas de envio e recebimento das mensagens e ainda o tempo gasto pelo time server para processar o pedido.

24 Algoritmo de Cristian 24

25 25 Algoritmo de Cristian Máquina M Timer Server T0 d R? I T1 d R d = ( T1 T0 I ) / 2 T = R + d

26 26 Algoritmo de Berkeley A rede não dispõe de uma máquina com um receptor WWV. A rede dispõe de um time server que faz polling nas outras máquinas a fim de obter a hora marcada por cada uma, fazer uma média entre essas horas e divulgar essa média para todas as máquinas.

27 27 Algoritmo de Berkeley Servidor Ativo Sincronização Interna (sincronização entre relógios)» Relógios podem não estar sincronizados externamente Questiona todas as máquinas pela hora local Ajuste pela média» Avanço do relógio» Atraso via mudança de ticks

28 Algoritmo de Berkeley 28

29 29 Algoritmo baseado na Média Solução descentralizada Cada máquina transmite, via broadcast, sua hora corrente Cada máquina coleta o envio de todas as outras.» Após receber todas as mensagens, computa nova hora.» Soluções: Média. Média com descarte de extremos.

30 30 Relógios físicos NTC: Network Time Protocol Sub rede hierárquica de sincronização Servidores primários (WWV) e secundários

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