Sistemas Distribuidos Algoritmos de Coordinacin Florentino Salazar Garca

Sistemas Distribuidos Algoritmos de Coordinación Florentino Salazar García Cinvestav, Tamaulipas Instituto Politécnico Nacional Cd. Victoria, Tamaulipas

Introducción O Para alcanzar sus objetivos, los Sistemas Distribuidos O cuentan con formas especificas de coordinación entre procesos. (Preprocesamiento) O Sincronización de reloj (clock synchronization) O Construcción de un árbol de expansión No son inherentes a los objetivos del negocio.

Introducción ¿Qué? P 1 P 5 P 2 ¿Cómo ? P 3 P 4

Contenido O Se abordarán dos técnicas (tipos de algoritmos) de coordinación. O Elección de líder (lider election) O Sincronizadores (synchronizers)

Elección de líder (Algoritmos de Elección) O «De un conjunto determinado de procesos, uno es elegido como líder, y le son asignadas responsabilidades especiales necesarias para los demás procesos del sistema. » O Cada proceso activo, P, tiene un identificador, i (prioridad), en el Sistema Distribuido. O El líder será el proceso con la mayor prioridad. O El líder es siempre el centro de control.

P 1 P 2 Notif icaci ón + ident ificad or Pi Elección P 4 P 3 O El objetivo del algoritmo de elección: O asegurar que cuando se comience una elección, se concluya con que todos los procesos están de acuerdo en cuál es el nuevo líder. Ejemplo: DBMS centralizado.

Elección de un nuevo líder P 1 P 2 Notificación + identificador Elección P 3 Pi Pj

Elección de líder != Exclusión mutua O Similitud O Interés: Elegir a uno de los procesos como privilegiado (cualquier proceso que entre a la sección crítica). O Diferencias O EM; Los algoritmos trabajan en ausencia de fallos. EL: Es lo que inicia una nueva elección. O El problema de «Starvation» es irrelevante en EL. O EL; no requiere que el proceso líder salga de la sección crítica. Contrario a EM. O EL; el líder debe informar a cada proceso activo sobre su identidad, lo cual no es un problema en EM.

Algoritmo Bully (matón) (García-Molina) O Trabaja en una red completamente conectada. O Los enlaces de comunicación están libres de fallos. O Los procesos pueden fallar solamente si se detienen (o se caen) (only by stopping). O Las fallas pueden ser detectadas mediante el uso de timeout.

Algoritmo Bully (matón) (García-Molina) O El algoritmo usa 3 diferentes tipos de mensaje: O «election» : Un proceso inicia una elección con este mensaje. ( «¿Puedo ser el líder? » ). O «reply» : Es una respuesta al mensaje de elección. ( «No, no puedes ser el líder» ). O «leader» : Un proceso envía este mensaje cuando cree ser el nuevo líder.

Algoritmo Bully (matón) (García-Molina) 1. 2. 3. 4. Cualquier proceso, después de detectar una falla del líder, solicita ser el nuevo líder enviando un mensaje «election» a cada proceso con un identificador mayor. Si cualquier proceso con identificador mayor responde un «reply» , entonces el proceso solicitante desiste. Espera un «leader» ( «Soy el lider» ) por parte de un proceso con un identificador mayor. Si ningún proceso con identificador mayor responde con un «reply» al mensaje «election» enviado por el proceso i, entonces el proceso i se elije líder y envía un mensaje «leader» a cada proceso en el sistema. Si el proceso i recibió un «reply» a su mensaje «election» y no recibe un «leader» en un periodo predeterminado (timeout), entonces el proceso i deduce que el proceso ganador falló y reinicia la elección.

Complejidad del algoritmo Bully

Topología de anillo (Maxima Finding on a Ring) O El problema ahora se reduce a eficientar la búsqueda del proceso con el identificador (único) mínimo o máximo, según convenga. O A diferencia del algoritmo Bully, los siguientes algoritmos no requieren de un grafo completamente conectado.

Algoritmo Chang-Roberts (Fase 1) 1. 2. 3. 4. 5. Se asume una topología de anillo unidireccional (izquierda). Inicialmente, todos los procesos son «no participante» . Si un proceso detecta una falla del líder actual, inicia una elección. Envía un mensaje de elección con su ID a su vecino izquierdo. Cada vez que un proceso envía o pasa un mensaje de elección, éste se marca como «participante» . Cuando un proceso recibe un mensaje de elección, compara el ID en el mensaje con el suyo: 1. 2. 3. 4. Si el identificador en el mensaje es mayor, el proceso sólo lo pasa a su vecino izquierdo. Si el identificador en el mensaje es menor, y el proceso aún no es «participante» , éste reemplaza el ID del mensaje por el suyo y lo envía a su vecino izquierdo. Si el identificador en el mensaje es menor, y el proceso ya es «participante» , éste descarta el mensaje de elección. Si el ID en el mensaje es igual al del proceso que lo recibe, ese proceso comienza a actuar como el líder.

Algoritmo Chang-Roberts (Fase 2) O Cuando un proceso inicia a actuar como el líder, éste inicia la segunda fase del algoritmo. 1. El líder se marca como «No Participante» y envía un mensaje «elected» a su vecino izquierdo, indicando su elección y su ID. 2. Cuando un proceso recibe un mensaje «elected» , se marca como «no participante» , almacena el ID del proceso líder y pasa mensaje «elected» tal cual lo recibió. 3. Cuando el mensaje «elected» alcanza al nuevo proceso líder, éste lo descarta, y la elección termina.

Complejidad Chang-Roberts Vs Bully

Algoritmo de Franklin O Trabaja en un anillo bidireccional. O Complejidad de mensaje menor que la de O O Chang-Roberts. Procesos con identificadores únicos están organizados en un orden arbitrario en el anillo. Cada proceso puede ser, rojo o negro. Inicialmente cada proceso es rojo. El algoritmo es síncrono y trabaja en rounds.

Algoritmo de Franklin Cada proceso rojo envía un mensaje con su ID a sus dos vecinos y 2. Examina los mensajes que le fueron enviados por sus vecinos. 1. 2. Si el proceso i recibe un mensaje con un ID mayor que el suyo, i abandona la competencia y se vuelve negro. (sólo pasará mensajes). El algoritmo termina cuando sólo hay un proceso rojo en todo el sistema, el nuevo líder.

Complejidad Chang-Roberts Vs Bully Vs Franklin

Algoritmo de Franklin P 5 P 7 P 2 P 2 P 1 P 7 P 7 P 9 P 3 P 9 P 6 P 6 P 3 P 1 P 9 P 7 P 2 P 5 P 0 P 0 Round 1 P 9 Nuevo líder: P 9 P 3 Pi

Sincronizadores (Synchronizers) O Modelos asíncronos: difícil de tratar en aplicaciones reales. (ej. , Ex. Mutua, Hilos). O Es más simple escribir algoritmos en modelo de procesado síncrono. (lock-step synchrony). O Es más fácil probar que son correctos (ej. , debugging) O Sincronizadores: transforman un modelo asíncrono en uno síncrono.

Sincronizadores (Synchronizers) O Los algoritmos distribuidos se diseñan con mayor facilidad en una red síncrona. O El cómputo se realiza en pasos discretos, round o ticks. O En cada tick, un proceso puede; O Recibir mensajes de sus vecinos O Realizar cálculos locales O Enviar mensajes a sus vecinos O Sincronizador: protocolo que transforma un modelo asíncrono en un modelo de proceso síncrono. O Simulando los ticks en una red asíncrona. O Las acciones del algoritmo síncrono son programadas (scheduled) para ser ejecutadas en los ticks apropiados. Sistema listo para ejecutar la versión síncrona del algoritmo distribuido.

Sincronizadores (Synchronizers) O Sin importar como se simulen los ticks, un sincronizador debe asegurar: O Cada mensaje envíado en tick k debe ser recibido en el tick k.

El sincronizador ABD (Asynchronous Bounded Delay) O Cada proceso tiene un reloj físico. O El retardo de propagación de mensaje tiene un límite superior conocido, d. O c, denota el reloj físico del proceso. O Uno o más procesos inicializan el reloj, c=0. O Ejecutan las acciones para el tick 0, y envían una señal de start a sus vecinos. O Cada vecino despierta y cuando recibe la señal de start, inicializa su reloj en 0 y ejecuta las acciones para el tick 0. O Antes de ejecutar las acciones del tick (i+1), todos los procesos deben enviar y recibir todos los mensaje correspondientes al tick i.

Sincronizador de Awerbuch O Cuando los relojes físicos no están sincronizados. O El límite superior del retardo de propagación de mensaje se desconoce. O Sincronizador a, b, g. O Complejidad de mensaje: b < a O Complejidad temporal: a < b O g es una combinación de las anteriores.