Sincronización de Procesos en Sistemas Distribuidos (parte 2)

Transcripción

1 Universidad Católica Andrés Bello Sincronización de Procesos en Sistemas Distribuidos (parte 2) Dictado por David Hernández

2 Agenda Relojes físicos Reloj atómico UTC Sincronización de Relojes Algoritmo de Cristian Algoritmo de Berkeley Algoritmo con promedios Exclusión Mutua Algoritmo centralizado Algoritmo distribuido Algoritmo de anillo Comparación

3 Agenda (cont.) Algoritmos de Elección Grandulón Anillo

4 Relojes físicos En la década de los 40 se estableció que el período de rotación de la tierra no es constante. La Tierra está disminuyendo su velocidad, debido a la fricción tidial y el arrastre atmosférico. Estas revelaciones han llevado a los astrónomos a calcular la longitud del día a través de la medición de un gran número de días y tomar su promedio (segundo solar promedio) antes de simplemente calcular el valor del segundo solar (1 / (24*3600)).

5 Relojes físicos El Reloj Atómico El tiempo atómico internacional (TAI) es el promedio de las marcas de reloj de cesio 133 (tiempo que tarda el átomo en hacer transiciones). La oficina internacional de la hora en París (BIH) toma el promedio de relojes atómicos de laboratorios alrededor del mundo.

6 Relojes físicos UTC El tiempo coordinado universal (UTC) es manejado por la BIH. Este estándar propone la introducción de segundos de salto, siempre que la discrepancia entre TAI y el tiempo solar sea mayor de 800 milisegundos. El Instituto Nacional del Tiempo (NIST) opera una estación de radio de onda corta WWV la cual transmite un pulso corto al inicio de cada segundo. Ver nist.gov/ El Satélite de Ambiente Operacional Geoestacionario (GEOS) proporciona servicio de alta precisión. Ver http: //

7 Relojes físicos Algunos datos adicionales El reloj más preciso del mundo se diseña en el Observatorio de París, donde los actuales relojes atómicos tardan 52 millones de años para desfasarse un segundo. El nuevo objetivo de la investigación francesa es aumentar ese plazo a 32 mil millones de años. El estándar actual de los relojes atómicos en activo permite el atraso de un segundo cada millones de años (NIST EU). [ ] Two-way satellite time and frequency transfer (TWSTFT) es un mecanismo que permite que permite determinar y distribuir estándares de tiempo y frecuencia, tiene gran precisión trabajando en grandes distancias. Su estabilidad en 24 horas es de 1 nanosegundo y en algunos sistemas hasta de 100 picosegundos (1 ps = 1x10-12 s) [ ]

8 Sincronización de Relojes Algoritmo de Cristian Adecuado para sistemas donde una de las máquinas es servidor del tiempo y el resto debe sincronizarse. En forma periódica, en un tiempo que no debe ser mayor de δ/2ρ segundos, cada máquina envía un mensaje al servidor para solicitar el tiempo actual. Donde δ es la cantidad de alejamiento máxima deseada y ρ la tasa máxima de alejamiento (especificada por el fabricante). El tiempo de propagación del mensaje puede ser estimado para conseguir un cálculo más preciso.

9 Sincronización de Relojes Algoritmo de Cristian (cont.) La corrección por el tiempo del servidor y el tiempo de transmisión se hace midiendo en el emisor: El tiempo inicial (envío) T0. El tiempo final (recepción) T1. Ambos tiempos se miden con el mismo reloj. El tiempo de propagación del mensaje será (T1 - T0) / 2. Si el tiempo del servidor para manejar la interrupción y procesar el mensaje es I : El tiempo de propagación será (T1 - T0 - I) / 2. El tiempo de propagación se suma al tiempo del servidor para sincronizar al emisor cuando éste recibe la respuesta Ing. Francisco Gómez infosisdistribuidos@gmail.com Internet

10 Sincronización de Relojes Algoritmo de Berkeley En este caso, el servidor de tiempo es un demonio para el tiempo que realiza un muestreo periódico del tiempo de todas las máquinas. Con base en las respuestas obtenidas, calcula un tiempo promedio y le indica a todas las demás máquinas que avancen su reloj a la nueva hora o que disminuyan la velocidad del mismo hasta lograr cierta reducción específica.

11 Sincronización de Relojes Un algoritmo con promedios (distribuido) El i-ésimo intervalo inicia en To+iR y va hasta To+(i+1) R, donde To es un momento ya acordado en el pasado y R es un parámetro del sistema. Al inicio de cada intervalo, cada máquina transmite el valor actual del tiempo según su reloj. Luego, cada máquina inicia un cronómetro local para reunir las demás transmisiones que lleguen en un cierto intervalo S. En base a los resultados obtenidos, es establecido como tiempo local el promedio de todas las respuestas obtenidas.

12 Sincronización de Relojes Otros ejemplos Caso del GPS Cómo se determina la ubicación? Cómo se calculan las distancias? Cómo se conocen las ubicaciones de los satélites? Por qué es importante la sincronización de relojes? Cómo lograr la sincronización en dispositivos económicos? How stuff works

13 Exclusión Mutua Un algoritmo centralizado Se escoge un coordinador. Cada vez que un proceso desea acceder a una sección crítica, envía un mensaje al coordinador pidiéndole permiso. En caso de que la región no se encuentre ocupada por otro proceso, el coordinador le envía al proceso solicitante un mensaje de aprobación. En caso contrario, simplemente no se envía nada o se envía un mensaje de negación.

14 Exclusión Mutua Un algoritmo distribuido (Ricart y Agrawala, 1981) Requiere de la existencia de un orden total de todos los eventos en el sistema. Cuando un proceso desea acceder a una región crítica envía a todos los procesos (incluyendolo a el mismo) un mensaje de solicitud con el nombre de la región, su número de proceso y la hora actual. Cuando un proceso recibe un mensaje de solicitud de otro proceso puede ocurrir lo siguiente: Si el receptor no está en la región crítica y no desea entrar a ella, envía de regreso un mensaje de OK al emisor. Si el receptor está en la región crítica, no responde y forma la solicitud en una fila. Si el receptor no está en la región crítica pero desea entrar a ella, éste compara la marca de tiempo del mensaje recibido con la de su mensaje de solicitud, si la marca del emisor es menor, éste envía un mensaje de OK, en caso contrario, forma la solicitud en una fila y no envía nada. Cuando un proceso obtiene tantos mensaje de OK como procesos en el sistema, éste puede acceder a la región crítica. Cuando el proceso en la región crítica termina su trabajo, envía un mensaje de OK al próximo proceso en su cola de solicitudes.

15 Exclusión Mutua Un algoritmo de anillo El anillo es una lista circular conformada por los procesos del sistema. Cada proceso debe conocer el siguiente en la fila después de él. En algunas implementaciones es útil que cada proceso conozca el orden de todos los procesos en el sistema. Se pasa un testigo (o ficha) de proceso en proceso a lo largo del anillo. Cuando un proceso posee el testigo puede entrar a una región crítica deseada.

16 Exclusión Mutua Comparación de los tres algoritmos Algoritmo Mensajes antes de tener acceso al dato Problemas Centralizado 2 Fallo del coordinador Distribuido 2(n-1) Fallo de cualquier proceso Anillo de elementos 0 a n-1 Ficha perdida, falla del proceso

17 Algoritmos de Elección Algoritmo del grandulón (García y Molina, 1982) Un proceso cualquier P envía un mensaje de ELECCIÓN a los demás procesos mayores que él. Si nadie responde, P gana la elección y se convierte en coordinador, por lo que envía un mensaje a todos los procesos menores de COORDINADOR. Si uno de los procesos mayores que P responde, el trabajo de P ha terminado.

18 Algoritmos de Elección Un algoritmo de anillo Cada proceso conoce el orden del resto de los procesos en el sistema. Cuando uno de los procesos ve que el coordinador no funciona, construye un mensaje de ELECCIÓN con su número de proceso y lo envía al próximo sucesor vivo. Cada uno de los procesos agrega su número de proceso al mensaje de ELECCIÓN y reenvía éste al sucesor. Una vez que el mensaje de ELECCIÓN llega de vuelta al emisor inicial, éste envía a través del anillo un mensaje de COORDINADOR con el número del proceso ganador (podría ser el de mayor identificador de proceso).