Tiểu luận môn hệ phân tán Tài nguyên và chiến lược cung cấp tài nguyên

 Hệ tin học phân tán là một hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý, bộ vi xử lý với bộ nhớ và đồng hồ nhịp độc lập. Để khai thác có hiệu quả cao nhất của hệ thống thông tin, v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

 

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN

TÀI NGUYÊN VÀ CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP TÀI NGUYÊN

THUẬT TOÁN LOMET VÀ MANASCE

Thực hiện : Đào Thị Diệu Nhơn Giảng dạy: PGS.TS LÊ VĂN SƠN

Đà Nẵng, 25-07- 2009

ĐỀ TÀI :

 Hệ tin học phân tán là một hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý, bộ vi xử lý với bộ nhớ và đồng hồ nhịp độc lập.

 Để khai thác có hiệu quả cao nhất của hệ thống thông tin, vấn đề hàng đầu là phải tính đến các chiến lược cung cấp, khai thác, sử dụng tài nguyên

MỞ ĐẦU

1.1.Tài nguyên_Một số khái niệm

 Tài nguyên như là một đối tượng mà trong đó các

quy tắc sử dụng và chia sẻ được kết hợp với nhau

Đó là vấn đề quyền truy cập loại trừ hay truy cập chia

sẻ, có hạn chế người sử dụng hay không,…

 Tài nguyên truy cập theo kiểu loại trừ chỉ cung cấp

cho một giao dịch

 Tài nguyên truy cập theo kiểu chia sẻ được cung

cấp cho một tập hợp bất kỳ các giao dịch

1.1.Tài nguyên_Một số khái niệm

 Giao dịch là phép toán hợp thành một logic hoàn

chỉnh mà việc triển khai nó có thể dẫn đến thực hiện một tiến trình duy nhất hay nhiều tiến trình được định

vị trên các trạm khác nhau

 Một tiến trình nào đó cần sử dụng tài nguyên phải yêu

cầu cung cấp hợp thức bằng cách gởi thông điệp yêu cầu cho hệ thống

 Bộ cung cấp áp dụng nhiều kiểu cung cấp khác nhau

như tiến trình duy nhất, tập hợp các tiến trình, tập hợp các thủ tục, để cung cấp tài nguyên cho các trạm

1.1.Tài nguyên_Một số khái niệm

 Tải là tập hợp các yêu cầu phục tùng các quy tắc của một bộ cung cấp

 Các tham số của tải là:

1.Số lượng các yêu cầu được cung cấp tài nguyên

2.Bản chất của các yêu cầu

3.Phân tán theo thời gian các yêu cầu tạo ra nó

1.1.Tài nguyên_Một số khái niệm

 Bế tắc (hay gọi là khóa tương hỗ) là sự kẹt chéo lẫn nhau có

tính chất sống còn của các tiến trình.

 Bế tắc diễn ra khi hai tiến trình đang sử dụng tài nguyên lại phát yêu cầu về nhu cầu sử dụng tài nguyên mà tiến trình kia còn đang sử dụng.

 Thiếu tài nguyên vĩnh viễn là sự chờ đợi bất tận của một tiến

trình mà yêu cầu của nó trể đến mức không thể xác định được.

 Ví dụ về sự bế tắc: T1 T2

T4 T3

Tr1 Tr2 Tr3

 Chiến lược cung cấp tài nguyên duy nhất

1.Truy cập bằng một tiến trình

2.Truy cập bằng các tiến trình tương tranh

 Chiến lược cung cấp một tập hợp các tài nguyên

1.Các phương pháp sử dụng trong hệ tập trung

2.Phân tán chức năng cung cấp

3.Các phương pháp sử dụng trạng thái tổng quát

4.Phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái

từng phần

1.2.Chiến lược cung cấp tài nguyên

1.2.Chiến lược cung cấp tài nguyên

1.2.1.cung cấp tài nguyên duy nhất

 Truy cập bởi server duy nhất

Sn Trn

T

KiÓm tra truy cËp

 Truy cập tương tranh có điều khiển:

Truy cập tài nguyên bằng một

1.2.Chiến lược cung cấp tài nguyên

1.2.2.Cung cấp một tập hợp các tài nguyên

 Các phương pháp sử dụng trong hệ tập trung:

A.Phương pháp dự phòngCác tài nguyên được sắp xếp theo các nhóm con, một tiến trình nào đó chỉ có thể thu hồi các tài nguyên của nhóm nếu trước đó nó đã thu hồi tất cả tài nguyên của nhóm cần thiết cho nó

B.Phương pháp phát hiện và chữa trị:

Sử dụng đồ thị trạng thái định hướng mà các nút là các tài nguyên hay tiến trình Khi phát hiện bế tắc thì vấn đề chữa trị được đặt ra

1.2.Chiến lược cung cấp tài nguyên

1.2.2.Cung cấp một tập hợp các tài nguyên

 Phân tán chức năng cung cấp(mỗi bộ cung cấp chỉ quản lý các đối tượng cục bộ của mình)

A.Duy trì tính duy nhất của trạng thái tài nguyên:

Tài nguyên được chia sẻ bởi tập hợp các bộ cung cấp và chúng tuần hoàn giữa các trạm khác nhau dưới dạng một thông điệp Các trạm được luân phiên đóng vai trò của bộ cung cấp các tài nguyên mà mình đang chịu trách nhiệm quản lý

B.Phân tán biểu hiện trạng thái và chức năng cung cấp:

Duy trì và phân tán tại mỗi trạm một bản sao trạng thái tài nguyên tổng quát Mỗi trạm chỉ có trạng thái tài nguyên cục bộ của mình và các quyết định đưa ra trên các trạm phải được phối hợp, gắn bó hữu cơ giữa các bản sao

1.2.Chiến lược cung cấp tài nguyên

1.2.2.Cung cấp một tập hợp các tài nguyên

 Các phương pháp cung cấp sử dụng trạng thái tổng quát.Trên cơ sở thực hiện cùng một thuật toán và có cùng thông tin, mỗi trạm ra quyết định cung cấp căn cứ vào bản sao trạng thái cục bộ của nó Việc cung cấp cho tiến trình đề nghị sẽ được thực hiện ngay trên trạm có tài nguyên

 Các phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái từng phần:

Mỗi trạm chỉ quản lý tài nguyên cục bộ của mình và các quyết định cung cấp được đưa ra trên thông tin cục bộ đó

 Thuật toán Lomet (dự phòng bế tắc)

Phần 2: Thuật toán Lomet và Menasce nhằm

xử lý cung cấp tài nguyên (của 2 nhóm tài nguyên: loại trừ và chia xẻ)

 Một quan hệ gọi là phụ thuộc thế năng giữa 2 giao dịch T j

và T k, kí hiệu T j >T k, nghĩa là tồn tại ít nhất một tài nguyên bị cài then bởi T j và là thành phần thuộc thông điệp của T k.

 Một quan hệ gọi là chặn thế năng giữa 2 giao dịch T j và T k ,

kí hiệu T j <> T k, nghĩa là tất cả tài nguyên thuộc tập hợp theo yêu cầu của thông điệp T k đều bị cài then bởi T j

 Hai quan hệ này có thể biểu diễn bằng đồ thị G, biến thiên theo thời gian gọi là đồ thị các xung đột thế năng Nếu tồn tại vòng lặp trong đồ thị G này thì sẽ sinh ra bế tắc.

 Sự xung đột giữa hai giao dịch T j và T k là sự nhận thông điệp yêu cầu cung cấp tài nguyên của T j và T k đúng vào cùng một

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.1 Các khái niệm

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.2 Thuật toán

 Xét ba giao dịch T1, T2, T3 sử dụng ba tài nguyên R1, R2, R3, các tài nguyên được bố trí trên ba trạm tương ứng S1, S2, S3.

 Giả sử v_chia_se_th() là phép toán cài then có tính chia sẻ,

v_loai_tru_th() là phép toán cài then có tính loại trừ và a_th() là yêu cầu cung cấp tài nguyên e hay là phép toán

thông điệp:

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.3 Ví dụ minh họa

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.3 Ví dụ minh họa

Nếu các lệnh thực hiện theo tình tự t11–t21–t31–t12– t22 – t32

thì ta có ảnh của đồ thị tại các trạm như sau:

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.3 Ví dụ minh họa

Ba đồ thị trên không phát hiện bế tắc , nhưng nếu ở hệ tập trung hay trạng thái không từng phần ta có đồ thị bên

Rr Ts

Cung tiÕn tr×nh ®ang n¾m gi÷ tµi nguyªn Cung tiÕn tr×nh ®ang

2.1.Thuật toán Lomet _dự phòng bế tắc 2.1.3 Ví dụ minh họa

Quá trình vận hành thuật toán được minh họa qua ví dụ trên như sau:

cáo a_th(R 3 ) thực hiện bởi T 2 Như vậy, cung T 2 -R 3 -T 1 được thành lập trong G Lúc này yêu cầu vẫn được chấp nhận, vì giao dịch T 1 >>T 2 .

 Yêu cầu t 22 : v_chia_se_th(R 1 ) được chấp nhận, vì tài nguyên này

truy cập chia sẻ.

 Yêu cầu t 32 : v_loai_tru_th(R 2 ) bị từ chối vì nó tạo ra vòng lặp trên

S 2 (Nhưng nếu trật tự giao dịch theo dạng T 1 , T 2 , T 3 thì yêu cầu vừa nêu có thể được chấp nhận)

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế tắc 2.2.1 Các khái niệm

trực tiếp như sau: T j >T k, nghĩa là tồn tại ít nhất một tài

được đáp ứng

các xung đột hữu hiệu.

hiệu báo hiệu sẽ có bế tắc diễn ra

bằng một nút trong đồ thị mà tại đó không có cung nào

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế tắc 2.2.1 Các khái niệm

 Giả sử T k là một giao dịch bị chặn:

-Tập hợp các chặn của T k, ký hiệu: E(T k ).

-Tập hợp các giao dịch bị chặn do T k, kí hiệu: B(T k )

 Đồ thị các xung đột hữu hiệu chứa vòng lặp nếu và chỉ nếu tồn tại giao dịch T k

mà tập hợp chặn của nó chứa một giao dịch bị chặn bởi Tk:

∃ k: B(T k ) ∩ E(T k ) ≠ ∅ {Tồn tại vòng lặp}

Ví dụ : Cho đồ thị các xung đột hữu hiệu như sau:

Các giao dịch không bị chặn là T3, T4, T5.Ta có:

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế tắc 2.2.2 Thuật toán

 Ký hiệu S(Tk) trạm nguồn của giao dịch Tk Việc cập nhật E(Tk) cần phải được biểu hiện trên tất

cả các trạm nguồn của các giao dịch thuộc B(Tk). sử T k là một giao dịch bị chặn:

 Giả sử Tk đã yêu cầu một tài nguyên e của trạm Si nào đó. Trên trạm này ta thực hiện các phép toán sau đây:

1 Nếu e là có sẵn để dùng, yêu cầu được thoả mãn và

ta ghi nhận là T k đang có tài nguyên

2 Nếu e đã được cung cấp cho giao dịch T j thì thông

điệp “T chặn T ” được truyền cho trạm S(T ) và

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế tắc 2.2.2 Thuật toán

Khi nhận một thông điệp (j,k) trên một trạm S, ta thực hiện các động tác:

1. Trên trạm S(T j ) nguồn của giao dịch chặn T j , ta thêm Tk vào tập hợp B(T j ) và kiểm

tra rằng không phát sinh bế tắc, nghĩa là:

B(T j ) ∩ E(T j ) = ∅

Ta gửi tiếp thông điệp (l,k) về phía các trạm nguồn của các giao dịch T l và T j để cho

phép các trạm S(T l ) cập nhật E(T l ), B(T l ) của các giao dịch bị chặn bởi T l Song song

với tác động trên, các thông điệp (l,k) được gửi về trạm nguồn của các giao dịch T k để

cập nhật E(T k ) của các giao dịch chặn T k.

2 Trên trạm S(Tk) nguồn của giao dịch bị chặn Tk, ta thêm Tj cho tập hợp

Ta gửi tiếp tục thông điệp (j,m) về phía các trạm nguồn của các giao dịch Tm

bị chặn bởi Tk nhằm cho phép các trạm S(Tm) cập nhật các tập hợp E(Tm)

của các giao dịch chặn Tm.

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế tắc 2.2.3 Ví dụ minh họa

T 1 : Trên S 3 đề nghị cung cấp e 3 có trên T 3 ; S 3 gửi (3,1) cho S 1 và S 3, ta có:

2.2.Thuật toán Menasce _phát hiện bế

T3

KẾT LUẬN

 Hai thuật toán trên đều xuất phát từ cơ sở cùng một nguyên

lý tương tự Đó là sự thiếu chắc chắn của trạng thái các trạm

xa phát sinh vấn đề lưu trữ một “giới hạn an toàn” nhất định

 Ngăn cản các phép toán không kéo theo bế tắc trong một số

trường hợp

 Sử dụng các kỹ thuật khác nhau giữa hai thuật toán

 Khi các tài nguyên được sử dụng bởi giao dịch được xác định

theo kiểu động trong quá trình thi hành giao dịch, các phương pháp dự phòng bế tắc dựa trên nền tảng các thông

KẾT LUẬN

 Đó là những ưu điểm của hai thuật toán Lomet và Menasce

có chức năng mạnh, gắn bó hữu cơ với nhau, hỗ trợ nhau cùng giải quyết các vấn đề cấp thiết trong hệ tin học nói chungĐó là những ưu điểm của hai thuật toán Lomet và Menasce có chức năng mạnh, gắn bó hữu cơ với nhau, hỗ trợ nhau cùng giải quyết các vấn đề cấp thiết trong hệ tin học nói chung và hệ tin học phân tán nói riêng hiện nay như là bế tắc thông tin, nghẽn giao dịch, thiếu thốn tài nguyên,

CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY

VÀ CÁC BẠN!