(LUẬN văn THẠC sĩ) thiết kế và phân tích giải thuật duy trì dữ liệu chung phân tán luận văn ths công nghệ thông tin 1 01 10

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐỖ HIỀN THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH GIẢI THUẬT DUY TRÌ DỮ LIỆU CHUNG PHÂN TÁN LUẬN VĂN THS CƠNG NGHỆ THÔNG TIN Người hướng dẫn TS :NGUYỄN ĐẠI THỌ Hà nội: 2007 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG HỆ PHÂN TÁN 1.1 Khái niệm hệ phân tán 1.2 Vai trò hệ phân tán 1.3 Đặc trƣng hệ phân tán 11 1.4 Mô hình hóa hệ phân tán 12 1.4.1 Mơ hình chuyển thông báo 13 1.4.2 Mơ hình với nhớ dùng chung 13 1.4.3 Mơ hình xen kẽ 14 1.4.4 Thực tính chất thực 14 1.5 Đánh giá độ phức tạp 16 1.6 Khả kháng lỗi tính tự ổn định 17 1.6.1 Khả kháng lỗi 17 1.6.2 Tính chất tự ổn định 17 1.6.3 Vai trò tự ổn định 18 1.6.4 Đánh giá độ phức tạp 19 CHƢƠNG CÁC GIẢI THUẬT SƠ ĐẲNG 21 2.1 Giới thiệu 21 2.2 Bài toán 23 2.3 Đánh giá độ phức tạp 24 2.4 Giải thuật Phát tỏa Đầy đủ 25 2.5 Giải thuật Cập nhật Tăng trƣởng [4] 27 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG GIẢI THUẬT CẬP NHẬT VỚI TRI THỨC BỘ PHẬN [3] 32 3.1 Tƣ tƣởng 32 3.2 Giải thuật 33 3.3 Tính đắn độ phức tạp 37 3.4 Ví dụ thực 38 CHƢƠNG GIẢI THUẬT AS CẢI TIẾN 44 4.1 Đặt vấn đề 45 4.2 Thực cải tiến 45 4.3 Tính đắn độ phức tạp 49 4.4 Ví dụ thực 52 CHƢƠNG GIẢI THUẬT DUY TRÌ DỮ LIỆU CHUNG PHÂN TÁN ÁP DỤNG TRONG THỰC TIỄN 58 5.1 Hệ thống động với tôpô 58 5.2 Dữ liệu chung phân tán 59 5.3 Độ dài liệu không cố định 59 5.4 Khả kháng lỗi tính tự ổn định 60 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT TT Tiếng Việt Tiếng Anh Ý nghĩa Bộ xử lý Processor Một thực thể mạng Cập nhật Tăng Incremental Cập nhật đƣợc thực lần lƣợt trưởng Update xử lý Cập nhật Tăng trưởng theo Phân đoạn Dữ Incremental Updates with Data segments Thực nhiều Cập nhật Tăng trƣởng đồng thời, Cập nhật Tăng trƣởng cho đoạn liệu Configuration Trạng thái toàn cục hệ thống bao gồm trạng thái thực thể trạng thái kênh truyền thực liệu Cấu hình thể Cây bao trùm Spanning tree Cây bao gồm tất nút đồ thị, nút xuất lần Đồ thị phụ thuộc Dependency graph Độ thị có hƣớng khơng chu trình có thêm phụ thuộc hàm Dẫn ống Khi nhận đƣợc thông báo từ xử trƣớc Pipeline chuyển thơng báo cho xử lý liền sau Dữ liệu chung Common data Dữ liệu đƣợc nhìn nhận nhƣ thực thể hệ thống Hệ phân tán Distributed system Hệ thống bao gồm thiết bị tính riêng rẽ giao tiếp với 10 Khứ lỗi Fault tolerance Khả hệ thống bỏ qua số hữu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com hạn lỗi để phận chƣa bị lỗi hoạt động bình thƣờng 11 Phát tỏa Gửi thơng tin đến tất xử lý Broadcast thành phần liên thông 12 Phát tỏa Đầy đủ Full Broadcast Phát tỏa thơng tin có 13 Phát tỏa với Tri thức Bộ phận Broadcast with Partial Knowledge Phát tỏa phần liệu thay đổi với mục đích sửa lỗi xử lý nhận 14 Sai khác cục Local Số bít liệu riêng khác với discrepancy liệu nguồn 15 Sai khác tổng Total discrepancy Tổng tất sai khác cục 16 Tiến trình Process Một chƣơng trình thực thi 17 Trạm Site Một thực thể mạng 18 Tự ổn định Self-stabilizing Tính chất hệ thống xuất phát từ trạng thái thể đƣợc hành vi hợp lệ mong muốn 19 Khung nhìn View “Hình ảnh” mà xử lý nhận đƣợc từ xử lý khác 20 Nguồn Source Bộ xử lý nguồn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tổng qt hệ thống phân tán (12) Hình 1.2 Mơ hình chuyển thơng báo (13) Hình 1.3 Mơ hình với nhớ dùng chung (14) Hình 2.1 Ví dụ minh họa tốn Duy trì liệu chung hệ phân (24) tán Trong ví dụ này, có n+1 = xử lý trì khung nhìn với m = mục Nguồn xử lý Các mục sai so với nguồn gạch chân Độ sai khác cục số mục gạch chân xử lý Độ sai khác tổng ∆ = Hình 2.2 Một thực giải thuật Phát tỏa Đầy đủ (n = 4, m =4, (27) ∆ = 7) Hình 2.3 Sửa lỗi cho hai xử lý đầu thực giải thuật Cập nhật Tăng trưởng (n = 4, m =4, ∆ = 7) (28) Hình 3.1 Một trạng thái hệ thống thực giải thuật AS (33) Hình 3.2 Vùng quét xử lý Q (34) Hình 3.3 Hình chữ nhật tiến trình tiến trình Q (35) Hình 3.4 Hoạt động tiến trình (mũi tên biểu diễn thơng báo sửa lỗi ) (36) Hình 3.5 Một thực giải thuật AS (vùng chữ nhật đầu tiên) (39) Hình 4.1 Giải thuật AS cải tiến (48) Hình 4.2 Một thực giải thuật AS cải tiến (vùng chữ nhật đầu tiên) (53) Hình Khung chung cho phiên tự ổn định giải thuật Cập nhật Tăng trưởng, giải thuật AS, giải thuật AS cải tiến (61) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Trong tính tốn phân tán có nhiều cơng việc liên quan đến việc trì khung nhìn (view) đến đối tƣợng chung trạm (sites) khác hệ thống phân tán Với đối tƣợng chung tôpô hệ thống ta có u cầu cập nhật tơpơ, hay đối tƣợng chung tài nguyên cụ thể đƣợc lƣu trữ trạm ta có yêu cầu liệt kê danh sách tài nguyên trạm, sở liệu tổng quát Các đối tƣợng bị tác động thay đổi, ví dụ liên kết hai nút mạng đƣợc thêm hay làm thay đổi tôpô mạng, tài nguyên đƣợc chiếm dụng giải phóng, ghi sở liệu đƣợc sửa đổi Nhƣ vậy, vấn đề đặt cần có chế hiệu cho việc cập nhật khung nhìn đối tƣợng chung trạm khác Mục tiêu luận văn xem xét, đánh giá số giải thuật cập nhật “khung nhìn” đối tƣợng chung đó, đồng thời đƣa đề xuất cải tiến giải thuật xem xét Các giải thuật trì liệu chung hệ phân tán, đặc biệt phƣơng pháp Phát tỏa với Tri thức Bộ phận, đƣợc tìm hiểu luận văn bao gồm Phát tỏa Đầy đủ, Cập nhật Tăng trưởng [4], giải thuật AS [3] Từ tìm hiểu giải thuật trên, tác giả luận văn đƣa đề xuất cải tiến giải thuật AS Cải tiến đƣợc thực cách cắt bỏ thông báo dƣ thừa đƣợc sử dụng giải thuật AS Kết cải tiến đƣợc tác giả luận văn đánh giá chứng minh Ngoài ra, luận văn này, tác giả quan tâm đến khía cạnh thực tế áp dụng giải thuật đƣợc xem xét đề xuất, khả kháng lỗi với tính tự ổn định [7] đƣợc đặc biệt ý Với giải thuật đƣợc xem xét đề xuất, tác giả phiên tự ổn định Luận văn đƣợc trình bày năm chƣơng với nội dung chƣơng nhƣ sau: Chương giới thiệu hệ phân tán, mơ hình hệ phân tán, vai trò, đặc trƣng hệ phân tán, khái niệm cấu hình, thực phƣơng pháp đánh giá TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com độ phức tạp giải thuật phân tán [1], [8], [9] Phần cuối chƣơng trình bày vấn đề khả kháng lỗi với tính chất tự ổn định [7] Tiếp theo, Chương trình bày tốn trì liệu chung hệ phân tán giải thuật sơ đẳng, bao gồm giải thuật Phát tỏa Đầy đủ giải thuật Cập nhật Tăng trưởng [4] Mơ hình tốn, tiêu chuẩn đánh giá độ phức tạp đƣợc trình bày Với giải thuật, sau phần xem xét trình bày giải thuật, tác giả đƣa ví dụ minh họa thực giải thuật Chương trình bày giải thuật cập nhật với tri thức phận, giải thuật AS [3] Sau phần trình bày tƣ tƣởng chi tiết giải thuật phần chứng minh tính đắn đánh giá độ phức tạp Một ví dụ đƣợc tác giả đƣa để minh họa cho hoạt động giải thuật AS Trong Chương 4, tác giả đƣa đề xuất cải tiến giải thuật AS cách cắt bỏ thông báo không cần thiết giải thuật AS Hiệu tiết kiệm thời gian thông báo giải thuật AS cải tiến so sánh với giải thuật gốc đƣợc phát biểu chứng minh Giải thuật đƣợc mơ tả mã hình thức.Cuối minh hoạ thực giải thuật AS cải tiến Chương bàn thay đổi cần thực để giải thuật trì liệu thực thi đƣợc số vấn đề thực hệ phân tán, vấn đề Hệ thống với tôpô bất kỳ, Dữ liệu chung phân tán, Độ dài liệu thay đổi, Khả kháng lỗi tự ổn định Chắc chắn, luận văn cịn có thiếu sót nội dung nhƣ trình bày Tác giả luận văn mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo anh/chị học viên TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG HỆ PHÂN TÁN 1.1 Khái niệm hệ phân tán Có nhiều khái niệm khác hệ phân tán Một cách tổng quan, hệ phân tán tập hợp thiết bị tính riêng rẽ giao tiếp với Đây khái niệm tổng quát, bao trùm phạm vi rộng hệ thống máy tính ngày nay, từ chíp VLSI đến đa xử lý, mạng cục bộ, Internet Nếu nhƣ hệ song song phối hợp nhiều xử lý nhằm giải vấn đề cho trƣớc cách nhanh hệ phân tán bao gồm tập xử lý có chƣơng trình làm việc riêng bán độc lập, lý đó, ví dụ chia sẻ tài nguyên, tăng tính sẵn sàng, khứ lỗi, xử lý cần phối hợp hành động với Ta thấy hệ phân tán khắp nơi Điển hình, hệ phân tán đƣợc sử dụng để chia sẻ tài nguyên chia sẻ liệu Các máy tính kết nối mạng với dùng chung máy in, máy quét, chia sẻ tệp tài liệu, chƣơng trình… Tính tốn ngang hàng kiểu thực hệ phân tán ngày trở nên phổ biến cho việc cung cấp thiết bị dịch vụ tính tốn Các hệ phân tán nhiều tham vọng cho hiệu hoạt động cao cách kết hợp giải tốn cách song song, đồng thời tăng tính sẵn sàng hệ thống trƣờng hợp số thiết bị gặp lỗi 1.2 Vai trò hệ phân tán Ngày hệ phân tán trở nên phổ biến vai trị ứng dụng quan trọng chúng Trƣớc hết, phải kể đến vai trị trao đổi thông tin Các hệ phân tán cho khả chia sẻ thông tin rộng rãi tức thời Lấy ví dụ, thơng tin từ hệ thống máy tính đặt Sở giao dịch chứng khốn TPHCM đƣợc sử dụng hệ thống máy tính đặt trụ sở cơng ty chứng khốn thành viên hay chia sẻ đến tận nhà đầu tƣ Các thơng tin chứng khốn ln u cầu phải có tính xác nhƣ tức thời cao, hệ phân tán cung cấp khả đảm bảo đƣợc điều Hệ phân tán cho khả chia sẻ thông tin thiết bị hỗn tạp Một máy tính "nói chuyện" với máy tính khác loại, điện thoại cố định, di động, TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PDA, … Các hệ phân tán cho khả chia sẻ tài nguyên phần cứng lẫn phần mềm Các máy tính kết nối mạng dùng chung máy in, chia sẻ tệp liệu, tệp chƣơng trình Thứ hai, việc lặp, nhân bản, hệ phân tán cho độ tin cậy cao Nếu toàn liệu chi nhánh ngân hàng lƣu máy tính biến mất, ngƣời ta khơi phục lại cách phần nhân đƣợc lƣu nơi khác hệ thống máy tính ngân hàng Thứ ba, thơng qua song song hóa, thực thể hệ phân tán chia sẻ cơng việc, thực đồng thời công việc chung, làm tăng hiệu suất hoạt động hệ thống Thứ tư, hệ phân tán làm đơn giản việc thiết kế hệ thống phức tạp Ngƣời ta thƣờng phân hệ thống phức tạp thành hệ thống chuyên dụng hợp tác với Làm nhƣ vậy, việc thiết kế đơn giản mà việc thực đơn giản Các ƣu điểm hệ phân tán so với máy tính cá nhân so với hệ tập trung đƣợc ngắn gọn bảng sau Bảng 1.1 Ưu điểm hệ phân tán so với máy tính cá nhân Ưu điểm Mơ tả Chia sẻ liệu Cho phép nhiều người dung truy cập vào sở liệu chung Chia sẻ thiết bị Cho phép nhiều người dung dung chung thiết bị đắt tiền máy in màu, máy quét, Truyền thông Giúp truyền thông người với người dễ dàng hơn, ví dụ thư điện tử Mềm dẻo Phân công việc cho máy sẵn sàng 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tổng hợp lại có kết tổng số bít truyền thơng giải thuật AS cải tiến (n + ∆/2)(1 + 3log m) + ∆ (1+log m) So với giải thuật AS gốc (n + ∆)(3 + 3log m) + ∆(1+log m), có (2n + (3∆/2) log m + 5∆/2) bít truyền thơng đƣợc cắt giảm giải thuật AS cải tiến Khẳng định 4.1 đƣợc chứng minh Khẳng định 4.2 So với giải thuật AS, thời gian hoàn thành giải thuật AS cải tiến giảm (5 + log m) đơn vị ∆ > m, ∆ = m liệu xử lý cuối khơng có lỗi; giảm đơn vị ngược lại Chứng minh Trong trƣờng hợp, thơng báo chuyển tiến trình đƣợc sử dụng giải thuật cải tiến có kích thƣớc nhỏ bít so với kích thƣớc thơng báo chuyển tiến trình đƣợc sử dụng giải thuật AS gốc Với kỹ thuật dẫn ống, bít liệu cắt giảm làm giảm đơn vị thời gian Trƣờng hợp ∆ > m, ∆ = m liệu xử lý cuối khơng có lỗi Theo giải thuật ta có biến đếm lỗi e đƣợc công thêm sau lần sửa đƣợc lỗi, nhƣng không đƣợc lớn m, e = m tiến trình thực phân tách Với giải thiết ∆ > m, ∆ = m liệu xử lý cuối khơng có lỗi chúng ta rút đƣợc kết luận tiến phải thực phân tách lần Giả sử tiến trình thực phân tách xử lý P i, xử lý Pi+m/2 tiến trình trở lại chế độ mở Trong giải thuật AS, sau tiến trình tiến trình kết thúc Pi+m/2, phải 3+3log m đơn vị thời gian để tiến trình có mặt Pi+m/2 Là theo 4.1, kích thƣớc thơng báo chuyển tiến trình tiến trình thực phân tách Pi 3+3log m bít coi bít liệu đơn vị thời gian để chuyển giao xử lý Trong giải thuật cải tiến, tiến trình tiến trình kết thúc, tiến trình đƣợc tái sinh Pi+m/2 Nhƣ vậy, trƣờng hợp 5+3log m đơn vị thời gian đƣợc tiết kiệm Nếu tiến trình khơng thực phân tách lần nào, kết luận đƣợc giải thuật AS cải tiến tiết kiệm đƣợc đơn vị thời gian thơi Cịn với trƣờng hợp tiến trình thực phân tách nhiều lần, 51 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com khẳng định đƣợc thời gian thực AS cải tiến tiết kiệm AS 5+3log m đơn vị thời gian Khẳng định 4.2 đƣợc chứng minh Cuối cùng, tổng kết kết thu đƣợc ta có bảng so sánh thể độ phức tạp thời gian thông báo giải thuật xem xét giải thuật đề xuất cải tiến Bảng Độ phức tạp thời gian thông báo giải thuật Giải thuật Độ phức tạp thời gian Độ phức tạp thông báo Phát tỏa Đầy đủ n+m nm Cập nhật Tăng trưởng [ACK90] (n + ∆) log m (n + ∆) log m AS [AS97] (n + min{∆, m}) log3 m (3n+4∆) log m + 3n + 4∆ AS cải tiến (n + min{∆, m}) log3 m - (5 + (3n +5∆/2) log m + n + log m) 3∆/2 4.4 Ví dụ thực Một thực giải thuật AS cải tiến đƣợc minh họa Hình Trong hình này, tiến trình chạy xử lý P di chuyển sang P đƣợc ký hiệu P: , tiến trình thực thi cấu hình đƣợc viết sau hình vẽ cấu hình Trong ví dụ này, xử lý không đƣợc đánh số từ mà đƣợc đánh số từ 0, h-cột thực chất đƣợc hiểu cột liền trƣớc Một liên kết hai xử lý liên tiếp đƣợc hiểu khoảng trắng hai cột liệu ứng với chúng; số ghi khoảng trắng bít đƣợc truyền liên kết tƣơng ứng 52 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1 1 1 0 1 0 0 Ban đầu P0: (tiến trình chính) 1 1 1 0 1 0 0 1 Tiến trình báo cho P1 lỗi thứ P0: 1 1 1 0 1 0 0 Vị trí lỗi thứ (bít thấp) P0: 1 1 1 0 1 0 0 Vị trí lỗi thứ (bít cao) P0: 1 1 1 0 1 0 0 1 Tiến trình báo cho P1 lỗi thứ hai P0: 53 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1 1 1 Vị trí lỗi thứ hai 0 1 (bít thấp) 0 0 1 P0: 1 1 1 0 1 0 0 Vị trí lỗi thứ hai (bít cao) P0: 0 1 1 0 1 0 0 Tiến trình chuyển sang P1, sinh hai tiến trình tạm kết thúc P1: P1: 0 1 1 0 1 0 0 Tiến trình chuyển sang P2 P1: P2: 54 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 0 1 1 0 1 0 0 1 Tiến trình chuyển sang P2, Đồng thời, tiến trình báo cho P3 có lỗi P2: P2: 0 1 1 0 1 0 0 1 Tiến trình tiếp tục chuyển sang P2, Đồng thời, tiến trình báo cho P3 vị trí lỗi (bít thấp) P2: P2: 0 1 1 0 1 0 0 Tiến trình tiếp tục chuyển sang P2, Đồng thời, tiến trình báo cho P3 vị trí lỗi (bít cao) P2: P2: 0 1 1 0 0 0 0 Tiến trình chuyển sang P3 P2: P3: 55 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 0 1 1 0 0 0 0 1 Tiến trình kết thúc P3 Tiến trình báo lỗi thứ P2: 0 1 1 0 0 0 0 Tiến trình báo lỗi thứ (bít thấp) P2: 0 1 1 0 0 0 0 1 Tiến trình báo lỗi thứ (bít cao) P2: 0 1 1 1 0 0 0 0 1 Tiến trình báo lỗi thứ hai P2: 0 1 1 1 0 0 0 0 1 Tiến trình báo lỗi thứ hai (bít thấp) P2: 56 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 0 1 1 1 0 0 0 0 1 Tiến trình báo lỗi thứ hai (bít cao) P2: 0 0 1 1 1 0 0 0 0 Tiến trình chuyển sang P3 P3: 0 0 1 1 1 0 0 0 0 Tiến trình kết thúc P3 Tiến trình tái sinh P3 P3: Hình 4.2 Một thực giải thuật AS cải tiến (vùng chữ nhật đầu tiên) 57 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG GIẢI THUẬT DUY TRÌ DỮ LIỆU CHUNG PHÂN TÁN ÁP DỤNG TRONG THỰC TIỄN Chƣơng trình bày góc độ giải thuật trì liệu chung phải đƣợc sửa đổi nhƣ hệ phân tán thực tiễn Hệ phân tán đƣợc áp dụng rộng rãi, khó tìm đƣợc hệ phân tán hoàn toàn lý tƣởng nhƣ mô tả lý thuyết giải thuật Vấn đề tiếp tục đƣợc nghiên cứu định hƣớng phát triển nghiên cứu của tơi Có nhiều vấn đề thực tế hệ phân tán mà giải thuật trì liệu cần tiếp tục nghiên cứu giải Dƣới số hệ thống tƣơng đối phổ biến Và với hệ thống, tơi trình bày ý tƣởng cách thức giải 5.1 Hệ thống động với tôpô Tất giải thuật đƣợc xem xét đề xuất xét mơ hình tĩnh với tơpơ dạng chuỗi Tuy nhiên, hệ thống thực tế thƣờng hệ thống động – liên kết nút đƣợc thêm mới, bị Khi xét hệ thống động, có tơpơ bất kỳ, tác giả giả thiết có giao thức trì bao trùm tối ƣu chuỗi xử lý đƣờng từ gốc đến bao trùm tối ƣu Giả thiết cho thấy cần phải sử dụng kết hợp giải thuật trì liệu chung nêu với giải thuật trì bao trùm hệ thống động Một vấn đề thấy rõ tôpô thay đổi bao trùm đƣợc xây dựng lại giả thiết biết láng giềng khơng cịn đƣợc trì tất xử lý Giả sử xét chuỗi đó, có xử lý đƣợc đƣa vào chuỗi, hồn tồn khơng biết liệu xử lý sau Cũng nhƣ vậy, xử lý liền trƣớc xử lý đƣợc đƣa vào chuỗi hồn tồn khơng biết liệu xử lý Nhƣ xử lý này, cần phải có chế để thơng báo toàn liệu cho xử lý liền kề cận Nếu áp dụng giải thuật Cập nhật Tăng trưởng, giải thuật AS xử lý hiệu thấp Nhƣ vậy, giao thức trì liệu chung hệ phân tán hiệu phải quan tâm đến việc theo dõi nút liền sau nút kết hợp giải thuật Phát tỏa Đầy đủ xử lý thời 58 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com điểm phù hợp Một giao thức lai nhƣ hoạt động hiệu ta áp dụng giao thức Một cách giải khác trì giả thiết biết láng giềng Khi xử lý phải gửi liệu cho xử lý trƣớc theo chu kỳ nhằm thông báo cho xử lý trƣớc liệu 5.2 Dữ liệu chung phân tán Vấn đề liệu chung không nằm tất xử lý mà phân tán nhiều xử lý khác trƣờng hợp phổ biến thực tế Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, xử lý nắm giữ phần toàn liệu chung Chúng ta áp dụng nhiều phiên đồng thời giải thuật trì liệu chung, phiên nhận xử lý làm xử lý nguồn phần liệu xử lý liệu nguồn Mỗi phiên bản, nhƣ vậy, thực phát tỏa phần liệu chung đến tất xử lý hệ thống Nhiệm vụ trì tồn liệu chung tất xử lý đƣợc thực tất phiên Trở lại với toán Cập nhật Tôpô nhƣ đề cập Khi đó, nút mạng nắm phần liệu chung liên kết liền kề nó, liên kết liền kề nút mạng cần đƣợc biết tất nút thành phần liên thơng Một ví dụ khác đƣợc đề cập [4] trì thƣ mục ngƣời dùng (User dictionary) phân tán Mỗi trạm hệ thống nắm giữ số tên ngƣời dùng cục trạm đó, trạm khác hệ thống phải biết ngƣời dùng cục Một thƣ mục ngƣời dùng phân tán đƣợc trì, tìm địa ngƣời dùng hệ thống 5.3 Độ dài liệu không cố định Đây vấn đề phổ biến khác thực tế Cách giải đơn giản xét cao độ bít liệu m giá trị cực đại Tuy nhiên, cách giải lãng phí truyền thơng lẫn thời gian thực hiện, có bít vơ nghĩa đƣợc truyền 59 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Một cách giải khác m có biến động lớn, xử lý nguồn phát tỏa m đến xử lý khác, lúc giá trị m đƣợc xem nhƣ liệu chung cần phải đƣợc thực trì giống nhƣ với liệu khác 5.4 Khả kháng lỗi tính tự ổn định Các giải thuật đƣợc xem xét đề xuất khơng có khả kháng lỗi Mọi lỗi xảy ra, ví dụ bít liệu xử lý bị thay đổi, làm cho giải thuật hoạt động không đắn Tuy nhiên, lỗi vấn đề tránh đƣợc, đặc biệt hệ phân tán Nhƣ vậy, cần có phiên khác giải thuật để chúng có khả khứ lỗi Phƣơng pháp kháng lỗi hiệu có lỗi xảy ra, cần khoảng đủ dài, hệ thống tự trở trạng thái khơng lỗi hoạt động bình thƣờng trở lại Với giải thuật đƣợc xem xét đề xuất trên, thực đƣợc xem hợp lệ cấu hình thực tất liệu xử lý giống liệu nguồn Để giải thuật Phát tỏa Đầy đủ có tính tự ổn định, cần cho xử lý nguồn phát sinh tiến trình phát tỏa theo chu kỳ Xuất phát từ trạng thái ban đầu bất kỳ, giả sử thời gian từ đến T hệ thống có lỗi, nhƣng từ thời điểm T trở hệ thống khơng có lỗi Vậy cần đến thời điểm T + n*m, tất xử lý có liệu giống giống liệu nguồn, đáp ứng yêu cầu giải thuật trì liệu chung có tính tự ổn định Với giải thuật lại, vấn đề không đơn giản nhƣ Giả sử xét trạng thái đầu tiên, liệu P1 khác hoàn toàn hiểu biết P0 liệu (các bít tƣơng ứng liệu P1 khung nhìn P0 liệu P1 khơng giống nhau) Mỗi phát sinh tiến trình, P0 đối chiếu liệu (nguồn) với khung nhìn liệu P1, bít giống (nguồn khác với đích) khơng đƣợc thơng báo sửa, bít khơng giống (nguồn giống với đích) đƣợc gửi thơng báo “sửa lỗi” Kết bít liệu P1 bị đảo, bít sai khơng đƣợc đảo tồn liệu P1 khác hoàn toàn liệu P0 Ở chu kỳ, vấn đề xảy làm cho liệu P1 không lúc giống liệu nguồn Điều tƣơng tự xảy xử lý khác 60 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nhƣ vậy, khung nhìn xử lý liệu xử lý tiếp sau bị sai tính chất tự ổn định khơng thể có đƣợc hệ thống Quan sát gợi ý cho giải pháp để giải thuật đạt tự ổn định trì khung nhìn xác xử lý đến liệu xử lý sau Để có tính tự ổn định giải thuật Cập nhật Tăng trưởng, giải thuật AS, giải thuật AS cải tiến, xử lý nguồn phát sinh tiến trình theo chu kỳ, xử lý khác nguồn cịn có trách nhiệm thông báo theo chu kỳ liệu cho xử lý trƣớc để xử lý trƣớc cập nhật khung nhìn liệu xử lý sau Khung chung cho phiên tự ổn định giải thuật nhƣ sau -Bộ xử lý nguồn: Thực theo chu kỳ: Phát sinh tiến trình Khi nhận liệu P1: cập nhật khung nhìn P0 liệu P1 Các xử lý khác: Thực nhiệm vụ phát tỏa theo giao thức định Khi nhận liệu xử lý liền sau: cập nhật khung nhìn liệu xử lý liền sau Thực theo chu kỳ: thơng báo liệu cho xử lý liền trƣớc -Hình Khung chung cho phiên tự ổn định giải thuật Cập nhật Tăng trưởng, giải thuật AS, giải thuật AS cải tiến 61 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chứng minh tính tự ổn định phiên khơng khó Thật vậy, xuất phát từ trạng thái bất kỳ, sau chu kỳ thứ nhất, O(m) đơn vị thời gian, tất xử lý thông báo liệu cho xử lý liền trƣớc, nghĩa tất khung nhìn liệu xử lý liền sau Một chu kỳ phát tỏa đƣợc thực sau làm cho liệu tất xử lý giống giống liệu nguồn Độ phức tạp thời gian (của lần hội tụ) phiên tự ổn định không lớn độ phức tạp thời gian phiên gốc thơng báo liệu cho xử lý trƣớc đƣợc thực song song tất xử lý hoàn tất trƣớc nhiệm vụ phát tỏa Về độ phức tạp thông báo, phiên tự ổn định, n*m bít thơng báo liệu cho xử lý trƣớc đƣợc gửi nhận chu kỳ 62 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN Trong luận văn này, tơi đã: - Hệ thống hóa vấn đề hệ phân tán mơ hình hệ phân tán - Xét tốn Duy trì liệu chung hệ phân tán phƣơng pháp Phát tỏa với Tri thức Bộ phận - Tìm hiểu số giải thuật cho tốn Duy trì liệu chung hệ phân tán, bao gồm: Phát tỏa Đầy đủ, Cập nhật Tăng trưởng, giải thuật AS - Đề xuất cải tiến giải thuật AS để đƣợc giải thuật với chi phí thời gian thơng báo thấp - Trình bày ý tƣởng sửa đổi giải thuật cho phù hợp với số vấn đề thực tiễn hệ phân tán, Hệ thống động với tôpô bất kỳ, Dữ liệu chung phân tán, Độ dài liệu thay đổi, Khả kháng lỗi tính tự ổn định Có thể nói, Duy trì liệu chung hệ phân tán toán sở liên quan đến nhiều tốn khác hệ phân tán Chính tầm quan trọng nó, việc tối ƣu hố giải thuật cho tốn nhƣ tìm giải thuật hiệu tiếp tục đƣợc nghiên cứu Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu giải thuật có, đề xuất cải tiến chúng Hƣớng phát triển luận văn sâu nghiên cứu thiết kế giải thuật cho tốn Duy trì liệu chung hệ phân tán phù hợp với hệ phân tán thực tiễn nhƣng nhƣ trình bày Chƣơng Ngồi ra, tơi cố gắng thực cài đặt mô giải thuật 63 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [1] Tho05 Nguyễn Đại Thọ, Tập giảng Các giải thuật phân tán, 2005 Tài liệu tiếng Anh: [2] ACG+90 Baruch Awerbuch, Israel Cidon, Inder Gopal, Marc Kaplan, and Shay Kutten Distributed control for paris In Proc 9th ACM Symp On Principles of Distributed Computing, pages 145-160, 1990 [3] AS97 Baruch Awerbuch, Leonard J Schulman, The maintenance of common data in a distributed system, Journal of the ACM (JACM), v.44 n.1, p.86-103, Jan 1997 [4] ACK90 Baruch Awerbuch, Israel Cidon, and Shay Kutten, Optimal maintenance of replicated information In Proc 31st IEEE Syrup on Foundations of Computer Science, 1990 [5] ACK+91 Baruch Awerbuch, Israel Cidon, Shay Kutten, Yishay Mansour, and David Peleg, Broadcast with partial knowledge, In Proc 10th ACM Symp on Principles of distributed computing, 1991 [6] AGH90 Baruch Awerbuch, Oded Goldreich, Amir Herzberg, A quantitative approach to dynamic networks, Proceedings of the ACM PODC 1990 [7] Dij73 Edsger W Dijkstra, Self-stabilizing systems in spite of distributed control, Comm ACM 17 November 1974, 643-644 [8] Tel00 Gerard Tel, Introduction to Distributed Algorithms, Second Edition Cambridge University Press, 2000 [9] AW04 Hagit Attiya, Jenifer Welch, Distributed computing: Fundamentals, simulations and advanced topics, Second 64 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Edition, John Wiley & Sons, 2004 [10] Met84 J.J Metzner, An improved broadcast retransmission protocol IEEE Trans on Communications, COM- 32(6):679-683, June 1984 [11] Sch87 Mischa Schwartz, Telecommunication Networks: Protocols, Modeling and Analysis, Addition-Wesley, Massachusetts, 1987 [12] Lyn97 Nancy A Lynch, Distributed Algorithms Morgan Kaufmann, 1997 [13] Gar02 Vijay K Garg, Elements of Distributed Computing John Wiley & Sons, 2002 [14] SG89 John M Spinelli and Robert G Gallager Broadcasting topology information in computer networks IEEE Trans on Commun., May 1989 [15] Sta00 William Stallings, Data & Computer Communications, Prentice Hall, New Jersey, Sixth Edition, 2000 [16] MRR80 John McQuillan, Ira Richer, and Eric Rosen The new routing algorithm for the arpanet IEEE Trans on Commun., 28(5):711719, May 1980 [17] BGJ+85 A.E Baratz, J P Gray, P.E Green Jr., J M Jaffe, and D.P Pozefski SNA networks of small systems IEEE Jurnal on Selected Areas in Communications, SAC-3(3): 416-426, May 1985 [18] CG88 I Cidon and I S Gopal Paris: An approach to integrated highspeed private networks International Journal on Digital & Analog Cabled System, 1(2):77-86, April-June 1988 [19] Wec80 S Wecker DNA: The digital networks architecture IEEE Trans on Commun, COM-28:510-526, April 1980 65 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... đƣợc truyền liên kết tƣơng ứng 1 1 1 0 1 0 0 Ban đầu 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 Đơn vị thời 0 1 gian thứ ba 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 Đơn vị thời... download : skknchat@gmail.com 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 Vị trí lỗi thứ (bít thấp) Vị trí lỗi thứ (bít cao) P0 báo cho P1 lỗi thứ hai Vị trí lỗi thứ... skknchat@gmail.com 1 1 1 0 1 0 0 1 Tiến trình báo cho P1 lỗi thứ P0: 1 1 1 0 1 0 0 Vị trí lỗi thứ (bít thấp) P0: 1 1 1 0 1 0 0 Vị