thời gian và trạng thái trong các hệ thống phân tán

Bài 5: Thời gian Trạng thái Hệ thống phân tán Mục tiêu:  Thời gian hệ thống phân tán  Đồng hồ logic Lamport  Đồng hồ vector  Trạng thái hệ phân tán  Thuật toán tính đoạn trạng thái HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thời gian HPT www.ptit.edu.vn  Thời gian dùng để đồng kiện xảy hệ thống  Các hệ thống kích hoạt thời gian  Duy trì tính quán liệu phân tán thường dựa thời gian thay đổi xảy  Ví dụ: Chương trình biên dịch make Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thời gian HPT (tt.)  P.c không dịch Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Đồng đồng hồ vật lý Mỗi máy tính HPT có đồng hồ cục Không có đồng hồ vật lý toàn cục Cần phải đồng đồ hồ vật lý cục Đồng đồng hồ vật lý: Đạt độ xác biết trước => điều phối hoạt động xảy máy tính khác Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Đồng đồng hồ vật lý (tt.) Các nguồn tham chiếu:  Thời gian quốc tế dựa đồng hồ vật lý siêu xác (10E-123)  UTC tiêu chuẩn quốc tế để giữ nhịp định thời  Được quảng bá từ trạm phát sóng mặt đất vệ tinh  Tín hiệu từ trạm mặt đất có độ xác 0.110 ms  Tín hiệu từ GPS có độ xác micro giây Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đồng đồng hồ vật lý (tt.) www.ptit.edu.vn  Các khó khăn việc đồng đồng hồ với HPT:  Không phải tất vị trí có nguồn đồng hồ xác GPS  Họat động đồng phải thực theo chu kỳ  Nếu đồng hồ nhanh đồng hồ chuẩn, không đơn chỉnh ngược lại Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Đồng đồng hồ vật lý (tt.) Đồng  Đồng hồ MT Ci đồng với đồng hồ chuẩn S, cho:  |S(t) - Ci(t)| < D , i = 1, 2, … N Đồng  Đồng hồ đồng cặp MT:  | Ci(t) - Cj(t)| < D , i = 1, 2, … N Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thuật toán Critian www.ptit.edu.vn  Client C gửi yêu cầu thời gian tin đến server S nhận giá trị thời gian t tin CUTC từ S t thời gian S trước gửi CUTC C  Ttrans thời gian cần thiết để tinCUTC từ S đến C, C thiết lập thời gian t + Ttrans  Ttrans biến đổi Có thể là: Ttrans = min+x, x ≥ , x???  Giải pháp:  (1) Ghi tổng thời gian phía C Tround  (2) Nếu thời gian nhận tin t, C ước lượng: t + Tround/2 Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Critian (tt.) Thời gian Trạng thái HTPT TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Berkeley Một nhóm máy tính chọn để điều phối (time server)  Master gửi yêu cầu hỏi thời gian đến slaves cách gửi thời gian thân master  Slaves gửi độ lệc thời gian với master  Dựa thời gian nhận từ slaves, master tính giá trị thời gian trung bình (gồm master)  Master gửi giá trị điều chỉnh thời gian đến slaves Thời gian Trạng thái HTPT 10 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Các trạng thái toàn cục (tt.) Một trạng thái toàn cục bao gồm  Một tập trạng thái cục  Một tập trạng thái kênh truyền thông  Khó ghi trạng thái kênh => Trạng thái toàn cục thường ghi không sử dụng trạng thái kênh Thời gian Trạng thái HTPT 30 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Định nghĩa hình thức www.ptit.edu.vn  LSi trạng thái cục tiến trình Pi Ngoài thông tin khác, trạng thái cục bao gồm ghi thông điệp gửi/nhận tiến trình Pi  Trạng thái toàn cục hệ thống, ký hiệu GS, tập trạng thái toàn cục tiến trình: GS = {LS1, LS2,…,LSn}  send(mkij) : kiện gửi thông điệp mijtừ tiến trình i sang tiến trình j  recv(mkij) : kiện nhận thông điệp mij tiến trình j  send(mkij) thuộc LSi iff kiện gửi xảy trước trạng thái cục ghi  recv(mkij) thuộc LSj iff kiện nhận xảy trước trạng thái cục ghi  transit (LSi,LSj) ={mkij| send(mkij ) Lsi ∩ recv(mkij) LSj}  inconsistent (LSi,LSj) ={mkij| send(mkij ) Lsi ∩ recv(mkij) LSj} Thời gian Trạng thái HTPT 31 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Định nghĩa hình thức (tt.) www.ptit.edu.vn  Một trạng thái toàn cục GS = {LS1, LS2,…,LSn} quán khi:  Một trạng thái toàn cục GS = {LS1, LS2,…,LSn} không chuyển tiếp (transitless) khi:  Một trạng thái toàn cục quán mạnh quán không chuyển tiếp Thời gian Trạng thái HTPT 32 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Định nghĩa hình thức (tt.) Xét GS sau: chuyển tiếp, quán mạnh, quán?  {LS11, LS21,LS31} ?  {LS11, LS22,LS32}?  {LS12, LS23,LS33}? Thời gian Trạng thái HTPT 33 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Định nghĩa hình thức (tt.) Thời gian Trạng thái HTPT 34 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Các lát cắt tính toán phân tán www.ptit.edu.vn  Một lát cắt biểu diễn đồ họa trạng thái toàn cục  Một lát cắt quán biểu diễn đồ họa trạng thái toàn cục quán  Một lát cắt tính toán phân tán tập kiện Ct = {c1, c2, …,cn} ci kiện cắt tiến trình Pi  Một kiện cắt kiện ghi lại trạng thái cục tiến trình tương ứng Thời gian Trạng thái HTPT 35 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Các lát cắt tính toán phân tán (tt.)  Giả sử ek kiện tiến trình Pk www.ptit.edu.vn  Một lát cắt Ct = {c1, c2, …,cn} lát cắt đồng nếu:  {c1,c4,c5}? Định lý: Một lát cắt Ct = {c1, c2, …,cn} lát cắt đồng không tồn hai kiện cắt có quan hệ nhân Nghĩa là: Thời gian Trạng thái HTPT 36 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ghi trạng thái toàn cục (ChandyLamport) www.ptit.edu.vn  Thuật toán ghi tập trạng thái cục cho phép đạt trạng thái toàn cục quán  Ghi trạng thái kênh  View, snapshort(Đoạn trạng thái)  Giả thiết kênh truyền chiều, truyền thông điệp theo chế FIFO  Đồ thị biểu diễn kết nối mạnh  Thuật toán dựa dùng thông điệp đánh dấu(thẻ bài) Thời gian Trạng thái HTPT 37 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Chandy-Lamport Luật gửi thẻ cho tiến trình Pi : Được thực tiến trình khởi tạo ghi tiến trình lần nhận thông điệp đánh dấu [SR1]: Pi ghi trạng thái [SR2]: Pi gửi tin đánh dấu đến kênh đầu Luật nhận thẻ cho tiến trình Pj : Được thực tiến trình Pj nhận thông điệp đánh dấu từ tiến trình Pi kênh Chij [RR1]: if Pj chưa ghi trạng thái then Ghi trạng thái kênh: SChij := ∅ Theo luật áp dụng cho bên gửi thẻ else Ghi trạng thái kênh: SChij := M, M tập thông điệp Pj nhận từ Pi sau Pj ghi trạng thái trước Pj nhận tin đánh dấu Chij end if Thời gian Trạng thái HTPT 38 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Chandy-Lamport (tt.) Thời gian Trạng thái HTPT 39 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Chandy-Lamport (tt.) Thời gian Trạng thái HTPT 40 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN www.ptit.edu.vn Thuật toán Chandy-Lamport (tt.) Thời gian Trạng thái HTPT 41 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thuật toán xác định kết thúc tính toán trạng thái www.ptit.edu.vn  Dùng thuật toán tính toán đoạn trạng thái để phát kết thúc  Nếu thông điệp truyền=> chưa kết thúc  Giả sử tiến trình P khởi tạo thuật toán, gửi tin đánh đấu đến tiến trình Q P gọi phần tử cha Q  Khi Q hoàn thành công việc tính toán đoạn trạng thái, gửi tiến trình cha thông điệp DONE CONTINUTE Thời gian Trạng thái HTPT 42 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thuật toán xác định kết thúc tính toán trạng thái (tt.) www.ptit.edu.vn  * DONE: Khi tất phẩn tử Q trả vê thông điệp DONE VÀ Q không nhận thông điệp kể từ lần cuối ghi lại trạng thái cục nhận tin đánh dấu kênh hướng vào  *CONTINUE : Các trường hợp khác  Khi tiến trình khởi tạo nhận tất tin DONE từ tiến trình hoạt động tính toán coi kết thúc Thời gian Trạng thái HTPT 43 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tổng kết www.ptit.edu.vn  Thời gian hệ thống phân tán  Đồng hồ logic Lamport  Đồng hồ vector  Trạng thái hệ phân tán  Thuật toán tính đoạn trạng thái Thời gian Trạng thái HTPT 44 TS HÀ HẢI NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN