hledat
Rozdíly
Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.
|
mgr-szz:in-pos:4-pos [2019/06/09 17:04] lachmanfrantisek vzájemné vyloučení |
mgr-szz:in-pos:4-pos [2020/04/12 16:56] |
||
|---|---|---|---|
| Řádek 1: | Řádek 1: | ||
| - | ====== IN-POS 4. Modely distribuovaných systémů ====== | ||
| - | ===== Zadání ===== | ||
| - | |||
| - | * Základní pojmy a principy, synchronní a asynchronní komunikace. | ||
| - | * Synchronizace. | ||
| - | * Detekce ukončení. | ||
| - | * Problém vzájemného vyloučení a problém uváznutí a jejich řešení. | ||
| - | * Problém volby vedoucího prvku. | ||
| - | * Vliv topologie a její znalosti/neznalosti na složitost řešení problému. | ||
| - | |||
| - | |||
| - | * PA150, IV100 | ||
| - | |||
| - | ===== Vypracování ===== | ||
| - | |||
| - | ==== Základní pojmy a principy, synchronní a asynchronní komunikace. ==== | ||
| - | |||
| - | <box 90% red|Distribuovaný systém> | ||
| - | Systém jehož hardwarové nebo softwarové komponenty počítačů mohou komunikovat a koordinovat svou činnost pouze předáváním zpráv. | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | DS: | ||
| - | * umožňují souběžné řešení programů | ||
| - | * neexistuje globální čas | ||
| - | * každá komponenta (včetně propojovací sítě) může selhávat a obnovovat činnost nezávisle na okolí. | ||
| - | * ostatní se o stavu nedozvídají | ||
| - | |||
| - | <box 90% red|Middleware> | ||
| - | Softwarová vrstva ležící mezi aplikacemi a OS poskytující aplikacím aplikacím programovací abstrakci a maskování heterogenity podpůrných sítí, počítačů, operačních systému, programovacích jazyků,... | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | |||
| - | * Režimy DS | ||
| - | * **Synchronní výměna zpráv** | ||
| - | * výpočty probíhají v synchronních krocích (řízených globálními hodinami) | ||
| - | * v každém běhu komponenty vyšlou a přijmou zprávy a provedou výpočet | ||
| - | * přenos zprávy je kratší než jeden tik globálních hodin | ||
| - | * **Asynchronní výměna zpráv** | ||
| - | * globální čas neexistuje | ||
| - | * komponenty řízeny lokálními hodinami | ||
| - | * délka přenosu zpráv je neomezena | ||
| - | |||
| - | ==== Synchronizace ==== | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Cristianův algoritmus synchronizace hodin> | ||
| - | Klient pošle dotaz Časovému serveru a od získaného času odečte polovinu obrátky dotazu. | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Berkeley algoritmus synchronizace hodin> | ||
| - | - MASTER uzel se periodicky ptá na čas SLAVE uzlů. | ||
| - | - Odečte polovinu obrátky. | ||
| - | - Zprůměruje a odešle aktuální hodnotu SLAVE uzlům. | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Network Time Protocol> | ||
| - | * Možnost přesné synchronizace s UTC v Internetu. | ||
| - | * Časové servery tvoří hierarchickou strukturu. | ||
| - | * Módy synchronizace: | ||
| - | * Multicast: jeden server odesílá informace o čase skupině. | ||
| - | * Procedure-call: server vrací časové razítko na žádost (de facto Cristianův alg.) | ||
| - | * Symmetric: mezi 2 servery v různých úrovních; servery si opakovaně posílají časová razítka a opravují chyby | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | |||
| - | * příčinné pořadí = "stalo-se-před" | ||
| - | |||
| - | |||
| - | * **Lokální čas** | ||
| - | * budován na relaci "stalo-se-před" | ||
| - | * pro události A, B v jednom procesu, kde A nastala před B: A->B | ||
| - | * je-li A zaslání a B přijetí zprávy: A->B | ||
| - | * platí transitivita: A->B,B->C => A->C | ||
| - | * pužíván místo fyzického času | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Lamportovy hodiny> | ||
| - | * S každou událostí se sváže časové razítko. | ||
| - | * Každý proces si udržuje logické (Lamportovy) hodiny. (Mapují částečné uspořádání.) | ||
| - | * Odeslání zprávy: | ||
| - | * Odešleme aktuální časové razítko. | ||
| - | * Lokální čas zvýšíme o jedna. | ||
| - | * Příjem zprávy: | ||
| - | * Porovnáme přijaté časové razítko s lokálními hodinami. | ||
| - | * Vezmeme větší z nich, zvýšíme o jedna a nastavíme jako lokální čas. | ||
| - | * Vztah událostí: | ||
| - | * A->B => TS(A) < TS(B) | ||
| - | <note important>Ze vztahu **TS(A)<TS(B)** nevyplývá **A->B**.</note> | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Vektorové časové razítko> | ||
| - | * Řeší problém s opačnou implikací u Lamprotových hodin. | ||
| - | * Místo jednoho razítka pro lokální čas použijeme vektor časových razítek. (velikost = počet procesů) | ||
| - | * iniciálně vyplněn nulami | ||
| - | * Před odesláním proces zvýší "svůj" prvek vektoru o jedna. Pouze toto časové razítko se odesílá se zprávou. | ||
| - | * Při přijetí zprávy zaktualizujeme odesilatelům prvek vektoru na maximum z lokální a přijaté hodnoty. | ||
| - | * Vztah vektorových razítek: | ||
| - | * V = V' iff všechny členy vektoru jsou si rovny | ||
| - | * V < V' iff V[j] < V'[j] pro j=1,...|V| | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | === Globální stav === | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Global State Recording Algorithm Candy & Lamport> | ||
| - | * **iniciátor** = proces iniciující zjištění globálního stavu | ||
| - | * zaznamená momentku svého lokálního stavu a odešle MARKER všem sousedům v DS | ||
| - | * MARKER získal proces, který dosud nevypracoval momentku | ||
| - | * zaznamená momentku svého lokálního stavu a pošle ji iniciátorovi | ||
| - | * označí vstupní kanál, ze kterého přijal MARKER", jako prázdný | ||
| - | * všem ostatním sousedům pošle MARKER | ||
| - | * MARKER získal proces, který již momentku vypracoval | ||
| - | * zaznamená události od poslední momentky a pošle iniciátorovi | ||
| - | * Iniciátor nakonec sestaví globální stav | ||
| - | * zná lokální momentky všech procesů | ||
| - | * zná zprávy v "éteru" | ||
| - | * Kanály jsou FIFO, tedy je globální momentka smysluplná ((ne)zahrnuté zprávy jsou odděleny v kanálech MARKERy). | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | |||
| - | |||
| - | ==== Detekce ukončení ==== | ||
| - | ==== Problém vzájemného vyloučení a problém uváznutí a jejich řešení ==== | ||
| - | |||
| - | * Dva nebo více procesů obsahují **kritické sekce** sdružené s jistým sdíleným objektem, které se musí za běhu procesu **vzájemně vyloučit**. | ||
| - | * privilegovaný proces = proces v kritické sekci | ||
| - | |||
| - | * **Podmínka bezpečnosti** = v každé konfiguraci existuje nejvýš jeden privilegovaný proces. | ||
| - | * **Podmínka živosti** = Jestliže se proces snaží dostat do KS, stane se privilegovaným v konečném čase. | ||
| - | * zamezuje uváznutí/stárnutí procesů | ||
| - | * **Podmínka spravedlnosti** (jedna z uvedených) | ||
| - | * pořadí vstupů do KS = pořadí vydání žádosti o vstup | ||
| - | * každý ostatní proces DS smí žádající proces předběhnout nejvýše 1x | ||
| - | |||
| - | === Řešení vzájemného vyloučení === | ||
| - | |||
| - | * **Centralizované řešení** | ||
| - | * klient-server (jeden KOORDINÁTOR řeší vzájemné vylučování libovolného počtu procesů) | ||
| - | * konstantní složitost | ||
| - | * request, reply+release zprávy | ||
| - | |||
| - | * **Distribuované řešení založené na regularitě komunikačních cest** | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Token ring> | ||
| - | Vzájemně se vylučující procesy si cyklicky předávají jediný exemplář příznaku (TOKEN) povolující vstup do kritické sekce. | ||
| - | |||
| - | * lineární složitost | ||
| - | |||
| - | * ➕ Splněna podmínka bezpečnosti. | ||
| - | * ➕ Splněna podmínka živosti. | ||
| - | * ➕ Podmínka spravedlnosti splněna zajištěním maximálně jednoho předběhnutí od jiného procesu. | ||
| - | * ➖ Ztrátu příznaku je nutné řešit distribuovanou volbou procesu, který jej vygeneruje. | ||
| - | * ➖ Výpadek jednoho uzlu nutné řešit rekonstrukcí kruhu. | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Raymond (tree)> | ||
| - | Vzájemně se vylučující procesy si cyklicky předávají jediný exemplář příznaku (TOKEN) povolujícího vstup do kritické sekce. | ||
| - | |||
| - | Příznak se předává po kostře grafu tak, aby se dodržela podmínka spravedlnosti na bázi časového pořadí vzniků žádostí. | ||
| - | |||
| - | * Uzel držící příznak je kořenem stromu. | ||
| - | * Uzel žádá o vstup do KS svého rodiče, ten jej předává po cestě ke kořeni. | ||
| - | * Při předání příznaku se konfigurace stromu aktualizuje. | ||
| - | |||
| - | * ➕ Vzájemná výlučnost splněna trvale. | ||
| - | * ➕ Nemůže dojít ani k uváznutí ani ke stárnutí. | ||
| - | |||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | * **Distribuované řešení založené na získání souhlasu partnerských procesů** | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Suzuki-Kasami (token-passing)> | ||
| - | Vzájemně se vylučující procesy si cyklicky předávají jediný exemplář příznaku (TOKEN) povolujícího vstup do kritické sekce. | ||
| - | |||
| - | Příznak se předává na bázi cykličnosti uspokojování žádosti procesů. | ||
| - | |||
| - | Přehled nově generovaných a dosud nesplněných žádostí se udržuje distribuovaně v uzlech a v příznaku. | ||
| - | |||
| - | * Proces pro žádost o vstup do KS odesílá všem uzlům REQUEST zprávu. | ||
| - | * Uzel držící příznak po výstupu z KS odešle vybranému z procesů příznak. | ||
| - | * Procesy si drží čísla žádostí od ostatních, token obsahuje pole s vyhověnými žádostmi. | ||
| - | * Postupuje se cyklicky, přes procesy, které mají zájem. | ||
| - | |||
| - | |||
| - | * ➖ Procesy se musí navzájem znát. | ||
| - | |||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Ricard-Agrawala (distribuovaná fronta)> | ||
| - | Proces požadující vstoupit do kritické sekce pošle žádost o vstup s časovým razítkem všem ostatním. | ||
| - | * Jestliže je příjemce v KS, neodpovídá a zařadí požadavek do fronty. | ||
| - | * Jestliže příjemce není v KS a ani do ní nechce vstoupit, pak pošle zpět potvrzení práva vstupu do KS. | ||
| - | * Jestliže příjemce není v KS, ale chce do ní vstoupit (sám vyslal žádost), porovná časovou značku své a přijaté žádosti. | ||
| - | * Pokud byla vlastní žádost odeslána dříve, neodpovídá a uloží žádost do fronty. | ||
| - | * Pokud byla přijatá žádost odeslána dříve, pošle zpět potvrzení práva vstupu do KS. | ||
| - | |||
| - | * Až získá proces souhlas od všech, vstupuje do KS. | ||
| - | * Po opuštění KS proces odešle potvrzení všem procesům, které má ve frontě. | ||
| - | |||
| - | * ➕ Je splněna podmínka bezpečnosti. | ||
| - | * ➕ Je splněna podmínka živosti. | ||
| - | * ➕ Komunikační složitost je lineární. | ||
| - | * ➖ Proces musí znát ostatní. | ||
| - | * ➖ Výpadek jednoho procesu způsobí kolaps celého systému. => Vhodné pro malé a stabilní množiny procesů. | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | <box 90% blue|Maekawa (hlasovací kvórum)> | ||
| - | Každý proces obdrží jeden příznak (hlas). | ||
| - | |||
| - | Proces požadující vstup do KS žádá o příznak procesy ve svém kvóru. | ||
| - | * kvůrum = podmnožina procesů, navzájem se protínají | ||
| - | * Oslovený jej pošlu pokud jej ještě vlastní a sám se v KS nenachází. | ||
| - | |||
| - | Proces s hlasy od procesů v jeho kvóru vstupuje do KS. Po vystoupení hlasy vrací původním majitelům. | ||
| - | |||
| - | Podmínky kvóra: | ||
| - | * bezpečnost: | ||
| - | * Každá dvojice volebních okrsků má alespoň jeden společný prvek. | ||
| - | * Každý má pouze jeden hlas. => Nemohou být současně zvoleny dva procesy. | ||
| - | * spravedlnost | ||
| - | * Velikost okrsků je konstantní a každý proces je ve stejném počtu okrsků. | ||
| - | * Všechny procesy potřebují pro vstup do KS stejný počet hlasů | ||
| - | </box> | ||
| - | |||
| - | ==== Problém volby vedoucího prvku ==== | ||
| - | ==== Vliv topologie a její znalosti/neznalosti na složitost řešení problému ==== | ||
| - | |||
| - | ===== Zdroje ===== | ||
| - | |||
| - | * slidy pa150 (podzim 2017) | ||
