Tiểu luận môn hệ phân tán Các chiến lược cung cấp tài nguyên trong hệ tin học phân tán

Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TIỂU LUẬN MÔN HỌC HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN Đề tài: CÁC CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP TÀI NGUYÊN GVHD : PGS TS Lê Văn Sơn HVTH : Trần Quốc Huy Lớp : KHMT K10(2012-2014) Đà Nẵng, tháng 7/2014 Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển thần kỳ, ngành công nghệ thông tin đem đến cho lồi người nhiều tiện ích công việc sống Dù nơi đâu, giao tiếp, chia thông tin, tài liệu thông qua hệ thống thông tin Các thành tựu phát minh nối tiếp nhau, phải kể đến phần mềm tăng khả điều hành, khai thác hiệu tài nguyên hệ thống tin học Đặc biệt, nhà nghiên cứu lập trình viên chuyên nghiệp quan tâm đến việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống tin học phân tán Trong phạm vi đề tài, tơi chủ yếu trình bày Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ thống tin học phân tán Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS- TS Lê Văn Sơn nhiệt tình giảng dạy giúp tơi hồn thành tiểu luận Tơi xin cảm ơn bạn lớp Khoa học máy tính khố K10 2008 – 2010 Đại học Đà Nẵng nhiệt tình góp ý giúp tơi hồn thành tiểu luận Phần I : LÝ THUYẾT Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN I Các khái niệm Hệ tin học phân tán lĩnh vực tri thức vừa mang tính chất sở, vừa mang tính chất tiên tiến ngành cơng nghệ thơng tin mà việc nắm bắt vận dụng tốt nguyên lý mang lại cho hệ thống thực tiễn hứa hẹn lớn hiệu khai thác thiết bị ứng dụng tin học I.1 Quá trình phát triển hệ thống tin học I.1.1 Tổng quan hệ tin học Hệ tin học bao gồm thành phần phần cứng, hệ điều hành, chương trình ứng dụng người sử dụng…Các thiết bị phần cứng bao gồm xử lý trung tâm, nhớ, thiết bị ngoại vi đóng vai trị hai loại tài nguyên sở hệ thống tin học Các chương trình ứng dụng thành phần sau hệ điều hành ví dụ phần mềm ứng dụng Người sử dụng nhà chun mơn, máy tính, hệ tự động vận hành gắn với máy tính,… khai thác hệ thống thơng qua lệnh điều khiển theo thuật tốn nhằm đạt mục tiêu xác định từ trước Ở thời điểm, số lượng người sử dụng cho thành phần ứng dụng khác bị giới hạn khả kỹ thuật ghép I.1.2 Các hệ thống tin học Chiếc máy tính đời năm 50 kỷ 20 hệ thống đồ sộ, nặng nề, tiêu tốn nhiều lượng, hiệu hoạt động kém, dung lượng bé đặc biệt khó khăn q trình sử dụng, vận hành hệ thống đóng góp cho nhân loại học nguyên lý mà giá trị chúng cịn ngun vẹn tận hơm có lẽ mãi sau Đặc trưng thời kỳ tỷ trọng phần mềm hệ thống khơng đáng kể so với phần cứng Các chương trình trợ giúp hệ thống vừa thiếu số lượng vừa yếu chức phục vụ Và theo thời gian, người xây dựng nên chương trình trợ giúp có tính chất hệ thống chương trình dịch từ hợp ngữ sang ngơn ngữ máy, chượng trình soạn thảo theo dịng,…do làm giảm nhẹ cơng việc lập chương trình I.1.3 Các hệ thống tin học hệ thứ Vào cuối năm 50, đầu năm 60, người xay dựng chương trình monitor thường trú cho phép liên kết hợp công việc lại với thực lần Việc liên kết có ý nghĩa lớn tự động hoá hoạt động hệ tin học Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang Năm 1960, chương trình BPS( Batch processing system) xây dựng thành cơng nhằm vào thiết bị phần cứng nhằm sử dụng hết hiệu xử lý bước đầu triển khai chế bảo vệ Năm 1969, hệ điều hành UNIX xây dựng ông Ken Thompson cho phép người sử dụng làm việc theo kiểu chia thời gian hệ thống đa nhiệm I.1.4 Các hệ thống tin học hệ thứ Thế hệ đặc trưng kiện lớn sau: Vào năm 70, máy tính cá nhân đời với tiện ích cao, khả vượt trội, đặc biệt giá hợp lý nhanh chóng chinh phục người mở trang việc phát triển ngành tin học Tiếp theo xuất hệ thống song song cho phép cải tiến máy vốn sử dụng xử lý hay vi xử lý thành hệ thống đa xử lý nhằm tăng độ tin cậy hệ thống Vào năm 80 Hệ thống mạng cục Ethernet Token Ring phát minh mạng tiêu biểu lý thuyết lẫn triển khai ứng dụng Hệ tin học phân tán đòi hỏi phần cứng phải trang bị nhớ cục bộ, xử lý trao đổi thông qua hệ thống đường truyền khác cáp chuyên dụng, bus trao đổi, đường điện thoại, đường cáp quang, mạng điện chiếu sáng cao hạ thế.’… Hệ thống thời gian thực với hệ điều hành tiêu biểu hệ tự động hố điều khiển lị luyện thép Vào năm 1974, xuất mạng Internet toàn cầu mạng ARPANET với giao thức NCP Tuy nhiên, giao thức TCP/IP xây dựng Vint Cert Robert Kahn khái niệm mạng mạng hình thành Và đến năm 1990 mạng Internet phát triển vượt bậc với kết mà có ngày hôm I.2 Hệ tin học phân tán I.2.1 Khái niệm hệ tin học phân tán Hệ tin học phân tán hay gọi tắt hệ phân tán hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều xử lý vi xử lý đặt xa vị trí khác liên kết với thông qua phương tiện viễn thông thống hệ điều hành Hệ tin học phân tán hệ thống khơng chia nhớ đồng hồ Các tính tốn hệ tin học phân tán thực nhiều xử lý hay vi xử lý hệ thống đa xử lý Do hệ thống tin học phân tán đòi hỏi hệ thống phải trang bị nhớ cục Các xử lý trao đổi thông tin thông qua đường truyền khác cáp mạng chuyên dụng, bus trao đổi, đường điện thoại, cáp quang sóng… Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang Không máy tính đơn lẽ, mạng máy tính tập hợp thiết bị đầu cuối nối với hệ thống đường truyền, đường truyền nối với trạm xa mạng viễn thông Các thiết bị đầu cuối mạng máy tính đa dạng, bao gồm tập hợp máy tính, thiết bị chuyên dụng, thiết bị truyền tin, thiết bị nhận hiển thị thông tin…Hệ thống mạng máy tính điều khiển hệ điều hành mạng Hệ tin học hệ tập trung hệ phân tán I.2.2 Đặc điểm hệ tin học phân tán Căn vào thành phần hệ tin học, ta nhận thấy hệ tin học phân tán bao gồm bốn thực thể hình bên Các hệ thống phần mềm Hệ thống truyền thông Các hệ thống phần cứng Hệ thống liệu Hình 1: Bốn thực thể hệ tin học phân tán Cấu hình phần cứng mạng bao gồm xử lý có cấu tạo hồn tồn khác khả năng, tốc độ thiết kế cho chức khơng giống Chúng xử lý, trạm làm việc, máy tính trung máy tính điện tử vạn lớn Bên cạnh hệ thống phần cứng, phần mềm, liệu, hệ phân tán cịn có hệ thống truyền thơng Nhưng điều để phân biệt hệ tin học phân tán với mạng máy tính hệ điều hành mạng nguyên tắc xây dựng hệ liệt kê đây: Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Stt Tên gọi Trang Thuyết minh Chia tài nguyên Thực tế phát triển mạng máy tính đặt vấn đề lớn cần phải dùng chung tài nguyên Một tiến trình trạm cung cấp tài nguyên dùng chung trạm khác Liên lạc Khi hệ thống mắc nối với nhau, thực thể hệ trao đổi thông tin với Tin cậy Một trạm hệ bị cố khơng làm cho tồn hệ ảnh hưởng mà ngược lại, cơng việc phân cho trạm khác đảm nhận Ngoài ra, trạm bị cố tự động phục hồi lại trạng thái ban đầu trước có cố hay trạng thái ban đầu Tăng tốc Đây khái niệm phân tán tải Một tính tốn lớn sử dụng trạm thời gian cho kết lâu Tính tốn chia nhỏ thực song song trạm Điều cần thiết trạm tải Một tư tưởng lớn hệ phân tán phân tán hố q trình xử lý thơng tin thực cơng việc trạm xa Đó sở cho việc xây dựng ứng dụng lớn thương mại điện tử, giáo dục điện tử, phủ điện tử, thư viện điện tử bệnh viện ảo I.2.3 Các vấn đề liên quan đến mạng máy tính Liên lạc thuật ngữ sử dụng để thao tác trao đổi thông tin thực thể thuộc hệ thống Trạm phát phát thông tin gọi thơng điệp, hình thức phổ biến trao đổi thông tin đến trạm nhận I.2.3.1 Vấn đề trỏ thông tin Nếu người sử dụng mạng muốn liên hệ với nhau, họ phải sử dụng hệ thống tên quy ước hay gọi địa mạng Các địa phải tuân theo nguyên tắc xây dựng định không trùng Trong mạng, người sử dụng sử dụng trạm để liên lạc với người sử dụng mà họ muốn liên lạc Trong cấu trúc tập trung, ta có hệ thống máy trung tâm phép lưu trữ tồn thơng tin, người sử dụng truy cập vào để xử lý thơng tin Giải pháp dễ dàng triển khai ứng dụng rộng rãi thập niên 60 70 I.2.3.2 Giao thức Khi nhiều người sử dụng liên lạc với mạng để thực công việc thơng qua kênh truyền hình cách sử dụng giao diện mình, giao thức tập hợp quy tắc cần thiết cho dịch vụ tầng thực cho phép việc nhận gửi thông tin đến tầng tương ứng Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang I.2.3.3 Thông điệp Người sử dụng chia cắt thơng tin truyền theo kiểu khác nhau, song, có hai kiểu chia cắt logic chia cắt vật lý Chia cắt logic thường thông điệp bao gồm tập hợp thơng tin gắn bó với theo logic ghi, tập tin, kích cỡ thơng điệp thường khơng phải đại lượng cố định, để truyền thông điệp người ta phải có thêm thơng tin điều khiển giá trị số kích cỡ, tín hiệu bắt đầu kết thúc thông điệp Chia cắt vật lý thơng thường phân nhóm nhằm thoả mãn ràng buộc đường truyền ràng buộc mặt lưu trữ Những thơng điệp thường gói thơng tin có kích cỡ cố định Trước phát thơng tin vào đường truyền, trạm phát phải chia thông tin thành gói theo quy ước chặt chẽ Quá trình tiến hành tự động tầng thấp người sử dụng nhận biết q trình I.3 Các đặc trưng hệ tin học phân tán Đối tượng nghiên cứu môn học hệ tin học phân tán xử lý vấn đề đặt cách tương đối chi tiết Các khía cạnh hệ tin học phân tán dừng lại vấn đề có tính chất nguyên lý Vấn đề lập trình thực ứng dụng phân tán mô tả phương pháp điều khiển thực chương trình phân tán, vấn đề định danh đặc biệt vấn đề cấu trúc truy vấn tổng quát hệ Trình tự đồng tiến trình cho ta vấn đề đồng dẫn đến phải thiết chế trật tự tổng quát kiện diễn hệ Cung cấp tài nguyên cho thấy khó khăn gặp phải q trình phân tán liệu cung cấp tài nguyên vật lý logic Trong khơng gian phân tán ta nắm bắt trạng thái tổng quát việc cung cấp tài nguyên khó tránh tình trạng bế tắc diễn Thời hạn truyền thông tin hệ không giống Các thơng điệp bị q trình chuyển tải, thơng điệp truyền kép hệ thống rơi vào cố Một hay nhiều máy tính cấu thành hệ phân tán bị cố hoạt động toàn hệ trở nên hiệu Khơng có phương pháp xử lý cho vấn đề độ tin cậy hệ phân tán, phương pháp nhằm tăng độ tin cậy chủ yếu nhằm vào vấn đề chống dư thừa, tái lập cấu hình, phát cố,… Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang CHƯƠNG II : CÁC CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP TÀI NGUYÊN TRONG HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN II.1 Một số khái niệm Vấn đề cung cấp tài nguyên thường đánh lĩnh vực tri thức quan trọng vận dụng thường xun trình triển khai nghiên cứu, khảo sát, phân tích, thiết kế xây dựng hệ điều hành nói chung, hệ tin học phân tán nói riêng Việc thực xây dựng tiến trình ứng dụng phân tán địi hỏi phải có đối tượng khác xử lý, nhớ, thiết bị ngoại vi, tập tin, Bên cạnh cần phải có quyền truy cập theo kiểu loại trừ tương hỗ đến thông tin, quyền sử dụng hàm, thủ tục chương trình Tài nguyên định nghĩa đối tượng mà quy tắc sử dụng chia kết hợp với nhau, vấn đề quyền truy cập loại trừ hay truy cập chia sẽ, có hạn chế số lượng người sử dụng hay không Khái niệm giao dịch thực thể sử dụng chẳng hạn người sử dụng tài nguyên thường sử dụng hệ tin học phân tán Giao dịch phép toán hợp thành logic hoàn chỉnh mà việc triển khai có thẻ dẫn đến thực tiến trình hay nhiều tiến trình định vị trạm khác Một tiến trình cần sử dụng tài nguyên để phát triển công việc phải yêu cầu cung cấp cách hợp thức cách gởi thông điệp yêu cầu Thông điệp yêu cầu gọi ngắn gọn yêu cầu Như vậy, tiến trình có nhu cầu tài ngun bị treo chừng tài ngun cịn chưa giải phóng hay chưa cung cấp cho Bộ cung cấp áp dụng nhiều kiểu cung cấp khác tiến trình nhất, tập hợp tiến trình, tập hợp thủ tục,…Các thơng điệp yêu cầu sử dụng tài nguyên có dạng khác gọi thủ tục, thơng báo, thực lệnh đặc biệt… Thuật ngữ tải tập hợp yêu cầu tuân theo quy tắc cung cấp với tham số đặc trưng : số lượng yêu cầu cung cấp tài nguyên, chất vấn đề , phân tán theo thời gian yêu cầu tạo Một yêu cầu thoả mãn cung cấp tài nguyên cho tiến trình đề nghị với điều kiện yêu cầu phải tuân thủ quy định định Có hai điều kiện cho tiến trình khả sử dụng tài nguyên cung cấp : Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang • Giải phóng: tiến trình phát tín hiệu ngừng sử dụng tài nguyên • Thu hồi: lấy lại tài nguyên cung cấp cho tiến trình Bộ cung cấp tài nguyên tiến hành công việc Hoạt động tập hợp tiến trình tập hợp tài nguyên dùng chung xem tuyệt vời không để xảy bế tắc thiếu thốn tài nguyên vĩnh viễn Bế tắc hay cịn gọi khóa tương hỗ kẹt chéo lẫn có tính chất sống cịn tiến trình Bế tắc diễn hai tiến trình sử dụng hai tài nguyên lại phát yêu cầu nhu cầu sử dụng tài nguyên mà tiến trình cịn lại sử dụng Chúng ta hình dung vấn đề cách chi tiết, rõ ràng qua hình bên dưới: T T Tr1 Tr2 T Hỗnh Tr3 T ọử thở cung cáúp taìi nguyãn bë bãú tàõc Theo hình vẽ, ta có bốn tài nguyên T1, T2, T3, T4 có ba tiến trình nhu cầu tài nguyên Tr1, Tr2, Tr3, Cả ba tiến trình trạng thái bế tắc Tiến trình Tr2 chờ tài nguyên T1 Tr1 chiếm giữ Tiến trình Tr1 chờ tài nguyên T2 giải phóng Tr1 Tr3 Thêm vào tiến trình Tr1 chờ tiến trình Tr2 giải phóng T1 Thiếu tài nguyên vĩnh viễn chờ đợi bất tận tiến trình mà yêu cầu trễ đến mức khơng thể xác định Nguyên nhân tượng có nhiều ví dụ thường gặp sử dụng luật ưu tiên để cung cấp tài nguyên Một chiến lược cung cấp tài nguyên tồi nguồn gốc huỷ hoại hiệu hoạt động hệ tượng sốc làm tăng yêu cầu mà không Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 10 đáp ứng số tài nguyên Chẳng hạn sụp đổ hệ đa chương trình Để tránh tượng đó, cung cấp tài nguyên cần phải đảm bảo chức điều khiển Ta chia thành hai phương diện để nghiên cứu:  Phương diện 1: Phân tán yêu cầu tài nguyên tương đương có khả thỏa mãn Chức gọi phân phối tải Trong hệ thống phân tán , cần phải tạo điều kiện để tránh tình hình mà yêu cầu đợi đến lượt thoã mãn trạm bị đầy, tài nguyên tương đương lại rỗi trạm khác  Phương diện 2: Giới hạn số lượng yêu cầu phép cho số tài nguyên Việc thực cách hạn chế ( tĩnh hay động) số tiến trình hay số giao dịch chọn (trúng tuyển) sử dụng toàn hay phần tài nguyên Ta gọi trưòng hợp điều khiển tải tổng quát Tóm lại, Bộ cung cấp cần phải phân phối tài nguyên sở tuân thủ quy tắc sử dụng, tránh xảy bế tắc thiếu thốn vô hạn, phân bố tải tương đối đồng tài nguyên loại ( thỏa mãn) giới hạn nhu cầu nhằm trì hệ thống hoạt động đạt mức hiệu định Mục đích phần phân tích vấn đề phát sinh hệ phân tán giới thiệu giải thuật hoạt động môi trường phân tán Việc triển khai vấn đề cung cấp tài ngun phân tán cịn khơng có nhiều kinh nghiệm việc hoạt động hệ II.2 Cung cấp tài nguyên Vấn đề cung cấp tài nguyên trạm hệ phân tán liên quan đến việc phân phối tài nguyên cho tập hợp tiến trình sở quy tắc: truy cập loại trừ hay chia sẽ, có hệ số ưu tiên, khơng mất,…Các tiến trình đề nghị sử dụng tài nguyên trạm có tài nguyên mà trạm khác từ xa Việc quản lý truy cập đến tài nguyên thực theo hai cách sau:  Truy cập tiến trình  Truy cập tiến trình tương tranh II.2.1 Truy cập tiến trình Một tiến trình hay gọi server giao nhiệm vụ quản lý tài nguyên Nó xử lý tất yêu cầu truy cập từ tiến trình khách Sự Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Tiến trình p Tiến trình q p1: v_loai_tru_th(e1) q1: v_loai_tru_the(e2) p1: v_loai_tru_th(e2) Trang 13 q1 : v_loai_tru_the(e1) Nếu yêu cầu thỏa mãn theo trình tự p 1, q1 tất yếu xảy vấn đề chặn p q Lý hiển nhiên p q2 không đáp ứng, e1 e2 không giải phóng Bế tắc giải cách dự báo phòng tránh ( gọi dự phịng) có nghĩa tài ngun cung cấp theo kiểu có đề phịng trường hợp bế tắc Một phương pháp khác có liên quan đến vấn đề phát chữa trị có nghĩa có cố quay trở trạng thái trước Các thuật tốn dự phịng, phát chữa trị nghiên cứu cho trường hợp tất tài nguyên quản lý cung cấp Bộ cung cấp tiếp nhận tất yêu cầu biết rõ trạng thái tất tài nguyên II.4 Phân tán chức cung cấp Ví dụ chức cung cấp tài ngun khơng thể tin tưởng giao phó hồn tồn cho cung cấp mà phân tán thành tập hợp cung cấp trạm khác nhau, cung cấp quản lý đối tượng cục trạm mà thơi Chúng ta có hai nhóm phương pháp cho vấn đề đặt ra:  Duy trì tính trạng thái tài nguyên Biểu trạng thái tài nguyên chia tập hợp cung cấp Biểu tuần hoàn trạm khác dạng thông điệp Các trạm ln phiên đóng vai trị cung cấp tài nguyên mà chịu trách nhiệm quản lý Giải pháp loại bỏ tất khả song song, không loại bỏ khả thông điệp trạng thái, thiếu thốn tài nguyên cách vô hạn  Phân tán biểu trạng thái chức cung cấp Có nhiều giải pháp có thể: Giải pháp 1: Ta trì trạm trạng thái tài nguyên tổng quát Trong trường hợp này, cần phải bảo đảm gắn bó hữu Giải pháp 2: Ta phân tán biểu trạng thái trạm trạm có trạng thái tài nguyên cục Các định đưa trạm khác cần phải phối hợp theo kiểu cho liệu việc cung cấp phải gắn bó với Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 14 Giải pháp 3: Một phương pháp đầy ấn tượng nhóm xếp nhằm bảo đảm cho tất yêu cầu tài nguyên xuất phát từ tiến trình đến cung cấp khác theo trật tự cố định từ trước Vấn đề thứ vấn đề nhiều thơng tin Các phương pháp khác mang tính động cao cho phép định cung cấp tài nguyên xuất phát từ quan điểm phần trạng thái tài nguyên II.4.1 Các phương pháp cung cấp sử dụng trạng thái tổng quát Vấn đề quan trọng đặt áp dụng thuật tốn dự phịng bế tắc hệ tập trung vào môi trường phân tán theo kiểu trì trạm trạng thái cung cấp tất tài nguyên Nội dung trạm hệ phản ánh sau đây: Stt Nội dung Tập hợp tất tài nguyên chưa cung cấp Tập hợp tài nguyên cung cấp Đối tượng chiếm giữ tài nguyên Kiểu sử dụng Tập hợp yêu cầu không thỏa mãn Tập hợp thông điệp dành cho trường hợp sử dụng Tập hợp thông điệp dành cho trường hợp thất bại …………………… Cung cấp tài nguyên chấp thuận trạng thái xuất phát từ việc cung cấp đánh giá chấp nhận theo thuật toán sử dụng Trên sở thực thuật tốn có thơng tin , trạm định cung cấp vào trạng thái cục Việc cung cấp cho tiến trình đề nghị thực trạm có tài ngun Để cập nhật thơng tin, tiến trình phát cho tập hợp định trạm:  Các thơng điệp  Các u cầu  Các thơng điệp giải phóng Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 15 Các trạng thái tổng quát trạm phải có bước chuyển trạng thái Để đảm bảo điều đó, cần phải xử lý yêu cầu trật tự tất trạm Trật tự khác với trật tự đến Ta sử dụng kỹ thuật kiểm tra dấu, tuần hoàn để giải vấn đề đồng thông tin Khi thực giao dịch Ti giao dịch cần phải phát thông điệp hợp thức tập hợp tài nguyên mà định sử dụng Một tài nguyên thu hồi, phần thông điệp Ta định nghĩa quan hệ phụ thuộc hai giao dịch T J Tk ký hiệu Tj>Tk điều nói lên Tj chậm Tk TJ >Tk nghĩa tồn tài nguyên bị cài then T J thành phần thuộc thông điệp Tk Quan hệ biểu diễn đồ thị G, biến theo thời gian gọi đồ thị xung đột Tồn vòng lặp đồ thị sinh bế tắc Ví dụ: Hãy đánh giá giao dịch T1, T2 T3 sử dụng ba tài nguyên e1,e2 e3 Ta ký hiệu a_loai_tru_th() phép tốn thơng điệp Giao dëch T1 Giao dëch T t 11 :a_loaûi _tru_th(e ,e ) t 12 :v_loaûi _tru_th(e ) t 13 :v_loaûi _tru_th(e ) Giao dëch T t 21 :a_loaûi _tru_th(e ,e ) t 22 :v_loaûi _tru_th(e ) t 23 :v_excl(e ) t 31 :a_loaûi _tru_th(e ,e ) t 32 :v_excl(e ) t 33 :v_loaûi _tru_th(e ) Giả sử lệnh thực theo trình tự t 11, t21 ,t31, t12 , t22, t32 vào thời điểm t sau thực lệnh này, đồ thị G biểu diễn sau Bế tắc khơng tránh khỏi Đồ thị G biểu diễn hình vẽ sau: T1 e2 e1 e3 T2 Hình 5: Vịng trịn khép kín đồ thị T3 Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 16 Để tránh bế tắc diễn ra, phải trì trạm đồ thị G ta cung cấp tài ngun việc cung cấp khơng phát sinh vòng lặp đồ thị Mỗi thơng cáo, thơng điệp hay khuyến nghị giải phóng nhận dấu phát cho tất trạm Để cập nhật với đồ thị G, trạm xử lý thông điệp mà nhận trật tự chặt chẽ xác định dấu theo phương pháp dẫn chương II.4.2 Các phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái phần Có hai thuật tốn thích hợp với mơi trường phân tán Mỗi trạm quản lý tài nguyên cục định cung cấp đưa dựa thông tin cục Tất tài nguyên truy cập theo kiểu loại trừ  Thuật tốn dự phịng bế tắc Đây thuật toán Lomet với phiên sử dụng trạng thái phần Xét ví dụ minh hoạ khó khăn ứng dụng vào hệ phân tán Trở lại với ví dụ xét phần trên, bổ sung thêm điểm sau : giả sử tài nguyên e1,e2, e3 bố trí trạm tương ứng với S 1, S2 S3 Nếu trạm Si nhận thông cáo tương ứng với tài ngun mà quản lý trì đồ thị G i hình ảnh thu nhỏ G cho giao dịch phát thông cáo Như vậy, sau thực t32, ta có hình ảnh hình sau: T1 e1 T3 T2 Âäö thë G1 trãn S1 e2 T1 T3 Âäö thë G2 trãn S2 e3 T2 Âäö thë G3 trãn S3 Hỗnh ọử thở trón caùc traỷm Rừ rng thông qua ba đồ thị đây, ta không phát mạch khép kín dẫn đến tình trạng bế tắc Nhưng, hệ tập trung hay trạng thái khơng phải phần, ta có đồ thị hỡnh bờn di T1 e2 e1 e3 T2 Hỗnh T3 Vng trn khẹp kên trãn âäư thë Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 17 Trong thực tế mặc khơng có đồ thị số cho phép phát hình thành vịng lặp bế tắc, trạm cho trước đó, ta lại khơng thể dự phịng bế tắc có kết Ta thay điều kiện cung cấp đồ thị G khơng vịng điều kiện khác mạnh kiểm tra thông tin cục trạm Để làm điều đó, ta thêm vào cho đồ Gi’ hình ảnh thu nhỏ cho Si đồ thị quan hệ trật tự toàn chặt chẽ xác định tập hợp giao dịch Quan hệ trật tự có nhờ phương tiện dấu Điều kiện cung cấp tài ngun trì tình trạng khơng vòng lặp cho đồ thị G i Căn theo cấu trúc, điều kiện kiểm tra cục trạm.Ta G có tình trạng khơng vịng lặp Để làm việc đó, ta bắt đầu tồn vòng G kéo theo tồn vịng Gi’ Ta ký hiệu TJ>Tk quan hệ trật tự toàn phần chặt chẽ giao dịch Lúc này, Gi’ hình ảnh thu nhỏ trạm Si đồ thị quan hệ >> xác định Tj>>Tk tương đương Tj>Tk hay Tj >> Tk Giả sử G có vịng lặp bao gồm tập hợp n giao dịch đánh số từ đến n-1 trật tự vòng lặp trật tự xác định quan hệ > Giả sử TP nguyên tố tập hợp đến trước tất cảc khác theo chiều quan hệ >> giả sử q=p-1 modulo n Ta có: Tp >> Tq Tp đến trước khác Tj>Tk vòng lặp đồ thị G Nếu S số trạm chứa tài nguyên bị cài then T q thuộc quyền sở hữu thông báo Tp Gi’ chứa vịng lặp  Thuật tốn Thuật tốn dự phịng triển khai sau: Bước1 : Việc cung cấp tài nguyên trạm S cho giao dịch T i tiến hành việc cung cấp khơng tạo vịng lặp đồ thị Gi’ Bước 2: Trong trường hợp bị từ chối, tiến trình thực giao dịch trạm S đưa vào hàng đợi cục S Bước 3: Khi tài ngun giải phóng, tất tiến trình hàng đợi kiểm tra yêu cầu chúng thỏa mãn Q trình vận hành thuật tốn minh hoạ ví dụ sau đây: Ví dụ : Xét lại thí dụ Khi T1 thực T12: v_loai_tru_th(e1), yêu cầu vào xung đột với thông cáo a_loai_tru_th(e 1) thực T3 Như cung T1-T3 thành lập G Lúc này, yêu cầu chấp nhận T 1>>T3 Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 18 Sau diễn việc cung cấp này, đồ thị G i’ ba trạm hình vẽ sau: T3 T1 T2 T1 Traỷm S1 Hỗnh T3 T2 Traỷm S2 Trảm S3 Trảng thại cung cáúp ti ngun trãn traûm Yêu cầu t22 :v_loai_tru_th(e2) kéo trạm S2 tạo nên cung T2-T1 bị loại bỏ, sinh vịng lặp S Tương tự vậy, yêu cầu t32:v_loai_tru_th(e3) bị từ chối tạo vịng lặp S Nhưng ta cần lưu ý trật tự theo dạng T1,T2, T3 u cầu vừa nêu chấp nhận Thuật toán đặt nguyên tắc tương tự nhóm xếp Duy có khác điều tránh thiếu thốn vơ hạn, trật tự tổng qt triển khai cho giao dịch cho tài nguyên Một giao dịch trở nên cần thiết giao dịch có thời gian chờ dài sau khoảng thời gian xác định, trở thành giao dịch ưu tiên tất trạm mà gởi thơng điệp  Thuật toán phát bế tắc Khi tài nguyên sử dụng giao dịch xác định theo kiểu động trình thi hành giao dịch, phương pháp dự phòng bế tắc dựa tảng thơng điệp khơng cịn phù hợp Lúc này, ta phải sử dụng phương pháp phát chữa trị Phương pháp mô tả Menasce trình bày Phương pháp đặt vấn đề sử dụng đồ thị tranh chấp mà việc kiểm tra tranh chấp cho phép phát bế tắc Tương tự thuật toán vừa nêu, trạm quản lý đối tượng tiêng việc phát dựa vào thơng tin cục Các trạm khởi giao dịch bị treo đề phòng phát sinh bế tắc mà bế tắc phát tai trạm cần phải đề biện pháp chữa trị cho Ta cần xác định thời điểm hai giao dịch T j Tk quan hệ chặn trực tiếp sau: Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 19 TJ > Tk tương đương tồn tài nguyên bị cài then T J yêu cầu Tk không đáp ứng Quan hệ biểu đồ thị gọi đồ thị xung đột hữu hiệu Sự tồn vòng lặp đồ thị báo hiệu cho ta biết có bế tắc diễn Một giao dịch khơng bị chặn có nghĩa đồ thị biểu nút mà khơng có cung dẫn đến Giả sử Tk giao dịch bị chặn Tập hợp tất giao dịch mà đạt cách chạy khắp cung xuất phát từ T k theo chiều ngược lại với hướng chúng gọi tập hợp chặn T k kí hiệu R(Tk) Các giao dịch thuộc vào R(Tk) giao dịch có nguồn gốc từ chặn Tk Tại thời điểm cho trước, đồ thị xung đột hữu hiệu sinh quan hệ chặn tồn giao dịch hệ Ta ký hiệu B(T k) tập hợp giao dịch bị chặn Tk có nghĩa giao dịch đạt cách chạy khắp cung xuất phát từ Tk Cho đồ thị xung đột hữu hiệu nh hỡnh sau: T1 T2 T5 Hỗnh T3 T4 Âäư thë cạc xung âäüt hỉỵu hiãûu Các giao dịch khơng bị chặn T3,T4,T5 Ta có: E(T ) ={T ,T ,T ,T } B(T )= {T ,T } Đồ thị xung đột hữu hiệu chứa vòng lặp tồn giao dịch T k mà tập hợp chặn chứa giao dịch bị chặn Tk: Tồn k: B(Tk) E(Tk) khác {tồn vịng lặp} Nếu ta khơng muốn trì trạm đồ thị tổng quát cần phải xây dựng ảnh cục cho phép đánh giá điều kiện vừa nêu Đó điều mà ta thực giải thuật sau đây: Thuật toán: Ta ký hiệu S(Tk) trạm nguồn giao dịch T k Để cho giao dịch Tk, trạm S(Tk) trì tập hợp B(T k) E(Tk).Việc cập nhật E(Tk) cần phải Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 20 biểu tất trạm nguồn giao dịch thuộc B(T k) Thực tế, giao dịch chặn Tk phần tử toàn tập hợp chặn giao dịch thuộc B(Tk) Giả sử Tk yêu cầu tài nguyên e trạm S i Trên trạm này, ta thực phép toán sau đây: Bước 1: Nếu e có sẵn để dùng, yêu cầu thỏa mãn ta ghi nhận T k có tài nguyên Bước 2: Nếu e cung cấp cho giao dịch T J thơng điệp TJ chặn Tk truyền cho trạm S(Tj) S(Tk) Sau này( j,k) thông điệp Khi nhận thông điệp (j,k) trạm S đó, ta thực động tác sau đây:  Trên trạm S(Tj) nguồn giao dịch chặn T k ta thêm Tk vào tập hợp B(Tj) kiểm tra ta khơng làm phát sinh bế tắc có nghĩa : Ta gửi tiếp thông điệp (l,k) phía trạm nguồn giao dịch T chặn Tj nhằm cho phép trạm S(Ti) cập nhật tập hợp B(Ti) giao dịch bị chặn Ti Song song với tác động trên, thông điệp (l,k) gởi trạm nguồn giao dịch Tk để cập nhật tập hợp E(Tk) giao dịch chặn Tk  Trên trạm S(Tk) nguồn giao dịch bị chặn Tk, ta thêm Tj cho tập hợp E(Tk) kiểm tra khơng có bế tắc, có nghĩa là: B(Tj) giao E(Tk) =0 Ta tiếp tục gởi thơng điệp (j,m) phía trạm nguồn giao dịch Tm bị chặn Tk nhằm cho phép trạm S(T m ) cập nhật tập hợp E(T m) giao dịch chặn Tm II.5 Điều khiển tải Chức quan trọng việc điều khiển tải trì cách nhịp nhàng yêu cầu tài nguyên hệ giới hạn chấp nhận sở số lượng tài nguyên hành thông số hiệu cần tuân thủ Vai trò việc điều khiển tải hệ thể hai phương diện sau:  Điều khiển tổng quát: Điều khiển tải cách tổng quan hệ người giữ nhịp cho hoạt động cung cấp tài nguyên  Điều khiển phân tán: Phân tán tải cho đối tượng có khả cung cấp người điều khiển hợp lý việc phân bố tài nguyên Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 21 II.5.1.Điều khiển tải tổng quát Về mặt tổ chức, yêu cầu sử dụng tài nguyên gửi đến hệ thống thông qua trung gian tiến trình gọi phân phối tải thể hình sau: Trình tự làm việc sau: đầu tiên, yêu cầu tài nguyên hình thành đề nghị phục vụ cho server xác định số server có khả phục vụ Bộ điều khiển tải có chức cung cấp thơng tin kịp thời tương đối xác khả server chấp nhận hay không chấp nhận yêu cầu Trong vận hành hệ, điều khiển biết giá trị gần tải này, nguyên nhân hai vấn đề khó khăn sau đây:  Nếu tải vượt mức cho phép, điều khiển tải định sai đẩy yêu cầu tầm phục vụ Điều dẫn đến việc sử dụng mức giới hạn cho phép tài nguyên điều khiển server  Nếu tải mức cho phép, điều khiển tải chấp nhận yêu cầu, server khơng có điều khiển tải riêng Điều dẫn đến việc sử dụng mức giới hạn tài nguyên Cần lưu ý rằng, chức server đảm bảo cho hệ nói chung tiếp nhận yêu cầu cần phải tính đến việc yêu cầu cần phải kết thúc cách bình thường II.5.2 Điều khiển phân tán tải Để server thực u cầu việc yêu cầu phải dịch sang ngơn ngữ sử dụng server Việc phân bố tải tiến hành cho server có khả phục vụ phải có tải tương đương Bộ phân phối tải hình thành để sử dụng cho tài nguyên phần cứng xử lý, thiết bị ngoại vi, đường truyền cho tài nguyên giao hẳn cho trạm tập tin Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 22 Nguời ta phân chi hai loại chiến lược phân tán tải sau:  Chiến lược tĩnh: Việc phân tán yêu cầu server xác định theo kiểu cố định  Chiến lược thích nghi: việc phân tán xác định chức tải hệ II.5.3.Triển khai trình điều khiển Trong hệ phân tán, việc điều khiển tải tiến hành tầng giao vận, nơi bao gồm nhiều tài nguyên phần cứng đường truyền thông tin hay nhớ đệm nút mạng Trong ứng dụng khác, trạm thông thường chuyên mơn hố, có hội để thực công việc *Kết luận: Để chọn lựa phương án triển khai giải vấn đề tải hệ phân tán, người ta quan tâm hàng đầu đến độ tin cậy, ổn định chi phí thực chúng Tuyệt đại phận giải thuật nghiên cứu cho vấn đề tải đến cịn giải thuật tương đối xác có nghĩa chưa có giải thuật đạt đến mức độ hoàn hảo mong muốn Như vậy, trường hợp chọn đường theo kiểu thích nghi mạng Arpanet hay internet giải pháp chấp nhận Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán PHẦN II: Trang 23 BÀI TẬP Đề bài: Hãy tưởng tượng ta triển khai công tơ kiện phân tán N trạm Giả sử thời gian đầu trạm hoạt động ổn định ta cài đặt trạm công tơ kiện cục Hãy cho biết làm trạm có giá trị ảnh cơng tơ kiện trạm Hãy trình bày ý kiến bạn có trạm bị cố Bây ta cài đặt N trạm ảnh công tơ kiện phân tán, tăng số gia truyền cho lần kiện đến Bạn cho biết vấn đề đặt ta sử dụng phương pháp Phương pháp giải: Công tơ kiện chế đồng sử dụng biến trạng thái nguyên không lùi cho phép sử dụng gần Mỗi công tơ, biến ngun khơng lùi, kết hợp với nhóm đặc biệt kiện Trên công tơ kiện có phối hợp với nhóm đặc biệt kiện E xác định hàm nguyên thủy Increase(E): tăng nội dung công tơ lên đơn vị có nghĩa kiện nhóm E đến Query(E) : cung cấp giá trị hành cơng tơ phối hợp với E Wait(E,n): theo tiến trình chừng giá trị cơng tơ cịn nhỏ n Send(S): gửi thông điệp đến trạm S Receive(S): nhận thông điệp từ trạm S Xét toán người sản xuất- người tiêu dùng Trong toán ta xét hai trạm trạm sản xuất ký P trạm tiêu thụ ký hiệu C Ta gọi NP số lượng sản phẩm sản xuất trạm sản xuất P NC số lượng sản phẩm trạm C tiêu thụ Tại trạm sản xuất P ta đặt thêm công tơ N Trạm sản xuất P tăng giá trị công tơ kiện N thêm đơn vị nhận thông điệp từ trạm tiêu thụ C thông báo cho biết tiêu thụ thêm sản phẩm Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 24 Tương tự, trạm tiêu thụ C ta đặt công tơ M Giá trị công tơ kiện tăng lên đơn vị trạm tiêu thụ C nhận thông điệp từ trạm sản xuất P thông báo có sản phẩm vừa sản xuất Tại trạm tiêu thụ C nhận thông điệp từ trạm sản xuất P thơng báo có sản phẩm vừa sản xuất ( Receive (P)), trạm tiêu thụ C tăng giá trị công tơ kiện N thêm đơn vị (Increase(N)) Sau lần tiêu thụ sản phẩm, trạm tiêu thụ C tăng biến N C thêm đơn vị (NC=NC+1) gửi thông điệp thông báo cho trạm sản xuất P biết có sản phẩm vừa tiêu thụ ( Send(P)) Sau nhận thông báo từ trạm tiêu thụ C (Receive(C)), trạm sản xuất P tăng giá trị công tơ kiện N thêm đơn vị (Increase(N)) Như vậy, ta đặt trạm công tơ kiện cục Để trạm có giá trị ảnh cơng tơ kiện trạm ta dựa hệ thống nhiều cho phép đăng ký từ xa Hệ thống cục có lưu trữ tất thông tin liên quan tất hệ cục cách gửi nhận thông điệp Khi trạm bị cố: Một trạm hoạt động xảy nhiều cố khác nhau, cố truyền thông, giao dịch, phần mềm hay phần cứng….Để trạm bị cố xảy mà khơng ảnh hưởng đến hoạt động trạm khác thiết lập trạng thái sau khắc phục để đưa vào mạng ta nên dùng tệp nhật ký Nhật ký cơng cụ để chống lại tình trạng liệu xảy cố hệ thống Nhật ký ghi chép thay đổi thực tình trạng giao dịch Nếu vị trí M phát N bị cố, M ghi kiện vào nhật ký Khi N khơi phục, gửi thơng báo đến vị trí Nếu M nhận thơng báo này, xem lại nhật ký tìm lại điểm N gặp cố gửi giá trị mục chung M N cho N Đồng thời trạm bị cố, mạng cần phải gởi thông điệp vang_mat( tức vắng mặt) cho trạm lại Và trạm vào lại mạng sau có cố khắc phục phải phát thông điep vao_lai(vào lại) để kiến tạo lại trạng thái hành Cài đặt N trạm “ảnh” công tơ kiện phân tán, tăng số gia truyền lần kiện đến Vấn đề xảy dùng phương pháp : khơng gắn bó liệu Sự tồn nhiều trạm khác dẫn đến: Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 25 • Cập nhật thông tin diễn đăng ký thay đổi thông tin cục hệ cục cần phải tiến hành cho tất hệ thống không phép bỏ sót hệ thống Trong khoảng thời gian làm tươi thông tin phải đảm bảo cho việc truy vấn liệu cho kết kịp thời hay đặt truy vấn trạng thái treo • Để thực việc truy cập vào sao, ta cần phải cài then chúng cách hợp thức theo kiểu loại trừ Để cho i=1 đến n thực v_viêc(ei) Để cho i=1 đến n thực giai_phong(ei) The end! Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 26 MỤC LỤC Lời mở đầu: Phần I : LÝ THUYẾT Chương I : Tổng quan hệ tin học phân tán .2 I.Các khái niệm 2 2 I.2.Hệ tin học phân tán I.2.1.Khái niệm hệ tin học phân tán .3 I.2.2 Đặc điểm hệ tin học phân tán I.2.3 Các vấn đề liên quan đến mạng máy tính I.2.3.1 Vấn đề trỏ thông tin I.2.3.2 Giao thức I.2.3.3 Thông điệp .6 I.3 Các đặc trưng hệ tin học phân tán Chương II: Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán II.1 Một số khái niệm II.2.Cung cấp tài nguyên II.2.1 Truy cập tiến trình II.2.2 Truy cập tương tranh có điều kiện 10 II.3 Cung cấp tập hợp tài nguyên Vấn đề bế tắc .11 II.4 Phân tán chức cung cấp 12 II.4.1 Các phương pháp cung cấp sử dụng trạng thái tổng quát .13 II.4.2 Các phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái phần .15 II.5 Điều khiển tải .19 II.5.1 Điều khiển tải tổng quát 20 II.5.2 Điều khiển phân tán tải 20 II.5.3 Triển khai trình điều khiển .21 Phần II: BÀI TẬP .22 Đề 22 Phương pháp giải 22 Mục lục .25 Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 27 ... cố,… Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang CHƯƠNG II : CÁC CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP TÀI NGUYÊN TRONG HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN II.1 Một số khái niệm Vấn đề cung cấp tài nguyên. .. cho trạm tập tin Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang 22 Nguời ta phân chi hai loại chiến lược phân tán tải sau:  Chiến lược tĩnh: Việc phân tán yêu cầu server... dụng tài nguyên cung cấp : Tiểu luận Các chiến lược cung cấp tài nguyên hệ tin học phân tán Trang • Giải phóng: tiến trình phát tín hiệu ngừng sử dụng tài nguyên • Thu hồi: lấy lại tài nguyên cung