Master Rseaux et Systmes Distribus RSD Algorithmique des
Master Réseaux et Systèmes Distribués (RSD) Algorithmique des systèmes et applications réparties Accord et coordination Élection d’un maître Badr Benmammar badr. benmammar@gmail. com
Accord et coordination q Une famille de problèmes en algorithmique distribuée. q Catégories de problèmes de cette famille : q Accord sur l’accès à une ressource partagée q Exclusion mutuelle distribuée q Accord sur un processus jouant un rôle particulier q Élection d’un maître q Accord sur l’ordre d’envoi de messages à tous q Diffusion atomique q Accord sur une valeur commune q Consensus 2
Accord sur un processus jouant un rôle particulier « Élection d’un maître » 3
Plan q Élection q Motivations q Principes q Phases d’Élection q Phase de préparation q Phase de décision q Phase de proclamation du résultat q Algorithmes d’Élections q Algorithme de Chang et Roberts (1979) 4
Élection : motivations q De nombreux algorithmes de contrôle, bien que dits distribués, sont en fait centralisés dans le sens qu’un processus particulier joue le rôle de coordinateur et effectue certains services à la demande des autres processus. Protocoles à contrôle centralisé 5
Élection : motivations Inconvénient majeur : la panne du processus coordinateur (serveur) qui entraîne l’arrêt du fonctionnement du système. 6
Élection : motivations Il faut alors que les processus en état de fonctionnement puissent s’entendre pour décider lequel d’entre eux prend désormais le rôle de coordinateur. Cet accord s’obtient grâce aux algorithmes d’élection. 7
Élection : motivations P 1 q Elire un processus pour une tâche spécifique. P 4 q Initialisation exécutée par un seul processus. P 2 q Affectation d’un jeton par exemple. P 3 Protocoles à contrôle distribué 8
Élection : principes q Détermination du processus jouant un rôle particulier. q Basés sur l’identité des processus. q PID (Process IDentifier). q Choix du plus grand / plus petit numéro. 9
Phases d’Élection q Phase de préparation, dans laquelle sont déterminés les processus participant à l’élection ainsi que les candidats. q Phase de décision, dans laquelle un processus candidat est désigné par un certain mécanisme. q Possédant le plus grand numéro, par exemple. q Phase de proclamation du résultat, où chaque processus participant est informé du processus élu. 10
Algorithmes d’Élections q But : élire un seul processus Pi parmi un groupe de processus P 1…Pn. q Chaque processus Pi maintient une variable Élu (null s’il n’est pas l’élu). q Propriétés à satisfaire : pi, q Sûreté : un seul processus est élu. q Élu = Vrai (uniquement pour le processus élu). q Vivacité : un processus doit être élu en temps fini. 11
Algorithme de Chang et Roberts (1979) q Topologie en anneau unidirectionnel entre les processus, où chaque processus sait adresser un message à son voisin de gauche. q Un ou plusieurs processus peuvent décider de lancer un protocole d’élection. 12
Algorithme de Chang et Roberts (1979) q Les messages sont de deux types : q Les messages de type élection : un processus envoie un tel message soit quand il décide de lancer une élection, soit quand il devient participant. q Un processus qui reçoit un message de type élection portant son numéro sait qu’il est celui de plus grand numéro et envoie le premier message de type élu ; ce message est alors retransmis en faisant le tour de l’anneau. 13
Algorithme de Chang et Roberts (1979) q Initialisation pour tous les processus : q Participanti : = FAUX q Élui : = Null q Déclenchement d’une élection par Pi : q Participanti : = VRAI q Envoie le message <élection, Pi> à son voisin 14
Algorithme de Chang et Roberts (1979) Réception d’un message d’élection <élection, Pi> à Pj : Si Pi > Pj Alors q Envoie le message <élection, Pi> à son voisin q Participantj : = VRAI Sinon (//deux cas) Si (Pi < Pj ET Participantj = FAUX) Alors q Alors Envoie le message <élection, Pj> à son voisin q Participantj : = VRAI Sinon (Pi = Pj) q Éluj : = VRAI q Participantj : = FAUX q Envoie le message <élu, Pj> à son voisin (initié la proclamation des résultats) Fin. Si 15
Algorithme de Chang et Roberts (1979) q Réception d’un message <élu, Pj> à Pi : q Participanti : = FAUX q Si (Pi Pj) alors Envoie le message <élu, Pj> à son voisin (proclamer le résultat) q Fin. Si 16
Exemple q Initialisation : 15 Participant : = FAUX Élu : = Null 13 10 Participant : = FAUX Élu : = Null 20 Participan : = FAUX Élu : = Null 17
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = VRAI 15 <é ion t lec , 1 5> 13 10 20 18
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 13 Participant : = VRAI le <é 20 ct io n, 15 > 10 19
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 13 10 lec <é 0> 2 n, tio 20 Participant : = VRAI 20
Exemple 15 <é lec tio n, 2 0> q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = VRAI 13 10 20 21
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = VRAI 15 <é le ct io n, 20 > 13 10 20 22
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 13 10 Participant : = VRAI > 20 e l <é io ct 0 , 2 n 23
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 13 10 lu, <é > 20 20 Élu : = VRAI Participant : = FAUX 24
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. > 0 , 2 15 lu é < Participant : = FAUX 13 10 20 25
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = FAUX 15 , 2 lu <é 0> 13 10 20 26
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 Participant : = FAUX 13 <é 20 lu , 2 0> 10 27
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. 15 10 Fin de l’Election: le processus 20 est élu 13 20 28
Algorithme de Chang et Roberts (1979) Réception d’un message d’élection <élection, Pi> à Pj : Si Pi > Pj Alors q Envoie le message <élection, Pi> à son voisin q Participantj : = VRAI Sinon (//deux cas) Si (Pi < Pj ET Participantj = FAUX) Alors q Alors Envoie le message <élection, Pj> à son voisin q Participantj : = VRAI Sinon (Pi = Pj) q Éluj : = VRAI q Participantj : = FAUX q Envoie le message <élu, Pj> à son voisin (initié la proclamation des résultats) Fin. Si 29
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = VRAI 15 <é , 1 ion t lec 5> 13 10 20 30
Exemple q Processus 15 déclenche l’élection. Participant : = VRAI n, tio lec <é 15 15 > 13 Participant : = VRAI <é 20 le ct io n, 15 > 10 31
Exemple q Processus 10 déclenche une nouvelle élection. 15 <é n tio lec c le <é n tio 0> 1 , Participant : = VRAI 5> , 1 Participant : = VRAI 13 10 Pour ne pas envoyer le message <élection, 15> une deuxième fois. 20 <é 15 a déjà envoyé son identifiant (Participant : = VRAI) le ct io n, 15 > Participant : = VRAI 32
Evaluation q Du point de vue de la performance en temps, il faut toujours le temps d’un tour d’anneau entre le moment où le vainqueur sait qu’il est vainqueur et la fin du protocole. 15 Participant : = VRAI 13 10 lu, <é > 20 20 20, il sait que c’est lui le vainqueur e l <é io ct 0 , 2 > n 33
Evaluation q On peut cependant distinguer deux cas extrêmes : q Le futur vainqueur lance en premier (éventuellement en même temps que d’autres processus) une élection ; il faut alors le temps de la transmission de n messages (le tour de l’anneau) pour qu’il sache qu’il est vainqueur. q Le temps de la transmission de 2 n messages pour atteindre la fin de l’élection. 15 13 10 <é lec tio n, 20 > 20 Participant : = VRAI 34
Evaluation q On peut cependant distinguer deux cas extrêmes : q L’unique processus déclenchant l’élection est à gauche du futur vainqueur ; il faudra alors le temps de n – 1 messages pour que le futur vainqueur devienne participant puis le temps de n messages pour que celuici découvre qu’il est vainqueur, puis le temps de n messages pour atteindre la fin du protocole d’élection (envoyer le message élu pour proclamer le résultat) soit le temps de la transmission de 3 n – 1 messages. q Dans tous les cas, le temps requis est en O(n). 20 Participant : = VRAI 13 15 <é lec tio n, 1 3> 10 35
- Slides: 35