Transcript Sistemas Distribuídos: Sincronização

Sistemas Distribuídos
Jorge Surian
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Sistemas Distribuídos: Sincronização
Relógios Físicos
 Hora atômica Internacional (International Atomic Time) é
baseada em relógios muito precisos (taxa de variação de
10 -13).
 Hora Coordenada Internacional (Universal Coordinated
Time – UCT) é o padrão para medição do tempo.
 É baseada na hora atômica, mas ocasionalmente é
ajustada pela hora astronômia.
 'Broadcast' da hora é feito através de estações de rádio
(WWV) e satélites (GPS).
 Computadores que recebem o sinal sincronizam os
relógios.
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Relógios Físicos
 Seja C o valor do relógio 'ideal' (hora UTC).
 Seja Cp o valor do relógio no computador p.
 Se t é o tempo no relógio em sincronia com a hora UTC,
então temos o tempo em p dado por Cp(t).
 Idealmente para todo p e para todo t, temos:
– Cp(t) = t → C'p(t) = dC/dt = 1.
 Clock skew (defasagem do relógio): denota a magnitude
de diferença entre as frequências de dois relógios.
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Relógios Físicos
 Seja x a taxa máxima de deriva (que especifica se um
relógio está adiantado ou atrasado).
 Como fazer a sincronização periódica entre relógios?
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Sincronização de Relógios
 Se existe um 'servidor de tempo' (receptor WWC ou
relógio de precisão)
– Algoritmo proposto por Cristian (1989)
 Se não existe uma fonte que disponibilize a hora
coordenada universal (UCT)
– Algoritmo de Berkeley
 Tempo exato não importa!!
– Relógios Lógicos → Algoritmo de Lamport e
– Relógios vetoriais
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Algoritmos...
Relógio de Cristian (1989)
– Possibilidade de consultar servidores de tempo
equipados com um receptor WWV ou um relógio de
alta precisão.
– Problema: Atrasos de mensagens farão com que a
hora fornecida seja desatualizada!
– Variações na estimativa do atraso entre as máquinas.
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Algoritmos...
Relógio de Cristian (1989)
– Computador A consulta a hora no computador B.
– Computador B inclui na resposta o valor do seu
relógio → T3.
– Computador A atualiza o seu relógio com o valor do
relógio em B adicionado ao retardo da mensagem
entre B e A (One way delay).
– Estimativa para o one-way delay = RTT/2, caso
atrasos em ambas direções sejam aproximados
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Algoritmos...
Relógio de Berkeley
– Algoritmo usado para a sincronização interna de um
grupo de computadores.
– 'Servidor de tempo' é ativo (master) e coleta os
valores de relógios de outros (slaves).
– Master usa estimativas do RTT para estimar o valor
dos relógios dos computadores dentro dos grupos.
– Hora atual é resultante de uma média .
– Master envia ao slaves o total de tempo em que os
relógios devem adiantar/atrasar.
– Caso o master falhe, um novo computador master é
eleito.
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Algoritmos
Relógio de Berkeley
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Relógios Lógicos
 Sincronização baseada em “tempo relativo”.
 Tempo relativo não possui nenhuma relação com o
tempo real.
 O mais importante é que os processos do Sistema
Distribuído concordem com a ordem em que os eventos
ocorrem:
– Algoritmo de Lamport
– Relógios Vetoriais
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Relógios Lógicos
Relógios de Lamport, 1978.
– Em vez da sincronização de relógios, ordenação dos
eventos:
1) Se dois eventos ocorrem no mesmo processo, então eles ocorrem
na ordem observada pelo processo pi.
2) Quando uma mensagem m é trocada entre dois processos, e a é
o evento de envio e b o de recebimento, então a → b.
3) Relação “acontece antes” é transitiva.
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Relógios Lógicos
Relógios de Lamport, 1978.
a b ( p1)
c  d (p2)
b  c dado m1
d  f dado m2
Mas, nem todos os eventos podem ser relacionados
através da relação “acontece antes” 
Consideremos a e e (processos diferentes, sem a
existência de cadeias de mensagens entre os processos)
Não estão relacionados através da relação 
São definidos como processos concorrentes: a || e
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Relógios Lógicos
Relógios de Lamport, 1978.
a b ( p1) c  d (p2) b  c dado m1
d  f dado m2
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Relógios Lógicos
Relógio de Lamport, 1978.
 Um relógio lógico é um contador monotonicamente
crescente. Não precisa estar relacionado com o relógio
físico.
 Como Funciona?
– Cada processo pi tem o seu relógio lógico Ci que
pode ser usado para aplicar timestamps lógicos aos
eventos.
1) Ci é incrementado de 1 antes de cada evento no processo pi.
2) Quando um processo pi envia mensagem m, o tempo t = Ci é
anexado a mensagem.
3) Quando pi recebe (m,t), o relógio é atualizado para Ci = max(Cj,
t) antes de aplicar 1.
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Relógios Lógicos
Relógio de Lamport, 1978
 Em cada um dos processos p1, p2, p3 o relógio lógico é
inicializado com zero.
 Os valores dos relógios lógicos são aqueles que ocorrem
imediatamente após o evento. Podemos imaginar a=1,
b=2 e assim sucessivamente.
 Juntamente com m1, o valor 2 é enviado e o relógio em
p2, após o evento c, recebe o max(0,2)+1 = 3.
 a  b implica em que C(a)<C (b ) mas C(a)<C (b ) não
implica em a  b!!!
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Relógios Lógicos
Relógio de Lamport – Exemplo 1
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Relógios Lógicos
Relógio de Lamport – Exemplo 2
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Relógios Lógicos
Relógio de Lamport – Problema
– C(a) < C(b): Não se pode inferir que a → b !!!!
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Relógios Lógicos
Relógios Vetoriais
– Criados por Mattern, Figdge,1988.
– Implementados para evitar a limitação dos relógios de
Lamport: C(a) < C(b) não implica a “acontece antes”
de b.
– Vetores com marcas de tempo são usados para os
eventos locais em cada processo.
– Seja VCi [I] o número de eventos ocorridos em pi até
o instante de tempo em questão.
– Seja VCi [j], o número de eventos que ocorreram em
pj, portanto pi sabe quantos eventos ocorreram em
pj.
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Relógios Lógicos
Relógios Vetoriais
– Como funcionam?
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Vetor de relógios CVi no processo pi é um vetor de N inteiros
Inicialmente CVi[j] = 0 for i, j = 1, 2, …N
Antes de cada evento, pi executa CVi[i] = CVi[i] +1
pi envia t = CVi em cada mensagem transmitida
Quando pi recebe (m,t), o processo ajusta CVi[j] = max(CVi[j] ,
t[j]) j = 1, 2, …N (antes do próximo evento adiciona 1 ao seu
próprio contador de eventos)
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Relógios Lógicos
Relógios Vetoriais
– Exemplificando...
– p1: a(1,0,0); b (2,0,0) envia (2,0,0) juntamente com a mensagem
m1.
– Em p2, no recebimento de m1, o vetor de relógios é modificado
para max.
– ((0,0,0), (2,0,0)) = (2, 0, 0) adicionando 1 ao seu próprio
relógio = (2,1,0)
– Neste caso, o evento c 'sabe' que ocorreram 2 eventos no
processo p1 antes da ocorrência do evento c em p2
– =,<=, max: devem ser realizadas entre pares de elementos
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Relógios Lógicos
Relógios Vetoriais
– Eventos c e e são concorrentes, mas nem VC(e) <=
VC(c) nem VC(c) <=VC(e) podem ser afirmados!!!!
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Relógios...
 Algoritmos de Cristian e Berkeley sincronizam relógios
físicos, apesar da defasagem entre relógios e retardos
das mensagens
 Para ordenar eventos em computadores diferentes,
sincronização dos relógios nem sempre pode ser feito.
 A relação “acontece antes” resulta em uma ordenação
parcial dos eventos.
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Relógios
 Relógios de Lamport são contadores que mudam de
acordo com o relacionamento de “acontece antes” entre
os eventos.
 Relógios vetoriais são uma melhora nos relógios de
Lamport, onde dois eventos são ordenados pela relação
“acontece antes” ou são concorrentes através da
comparação dos vetores com marcas de tempo.
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Fontes:
Tanenbaum, Andrew S. e Steen, Marteen Van. Sistemas Distribuídos, São
Paulo: Prentice Hall, 2008.
Imagem do Relógio, trecho da obra “Persistência do Tempo”, de Salvador
Dali.
Copyright © 2010 Prof. Jorge Surian
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expressamente proíbido sem o consentimento formal, por escrito, do Professor Surian.
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