Các hệ phân tán phần 1

H phân tán là t p h p các thi t b tính riêng r ệ ậ ợ ế ị ẽ có th giao ti p v i nhau ể ế ớ – Ví d : chíp VLSI, b đa x lý, m ng c c b , Internet ụ ộ ử ạ ụ ộ • H phân tán vs. h song song ệ ệ – H song song ph i h p nhi u b x lý nh m gi i ệ ố ợ ề ộ ử ằ ả quy t m t v n đ cho tr c m t cách nhanh nh t ế ộ ấ ề ướ ộ ấ – Trong h phân tán, m i b x lý nói chung có ch ng ệ ỗ ộ ử ươ trình làm vi c riêng bán đ c l p, vì l i ích chung nên ệ ộ ậ ợ c n ph i h p hành đ ng v i nhau ầ ố ợ ộ ớ • M c đích môn h c là nghiên c u các công c và ụ ọ ứ ụ k thu t xây d ng ph n m m phân tán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ CÁC HỆ PHÂN TÁN TS Nguyễn Đại Thọ Bộ môn Mạng & Truyền thông Máy tính Khoa Công nghệ Thông tin nguyendaitho@vnu.edu.vn Năm học 2006 Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 1/113 Tài liệu tham khảo • Giáo trình – Hagit Attiya, Jennifer Welch Distributed Computing: Fundamentals, Simulations, and Advanced Topics, Second Edition John Wiley & Sons, 2004 • Sách tham khảo – Valmir C Barbosa An Introduction to Distributed Algorithms MIT Press, 1996 – Vijay K Garg Elements of Distributed Computing John Wiley & Sons, 2002 – Vijay K Garg Concurrent and Distributed Computing in Java John Wiley & Sons, 2004 – Nancy A Lynch Distributed Algorithms Morgan Kaufmann, 1997 – Gerard Tel Introduction to Distributed Algorithms, Second Edition Cambridge University Press, 2001 Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 2/113 Web sites • Web site sách giáo trình http://www.cs.technion.ac.il/~hagit/DC/ – Xây dựng Hagit Attiya – Có nhiều địa khóa học khác chủ đề • Web site giảng http://faculty.cs.tamu.edu/welch/teaching/668.f02/ – Xây dựng Jennifer Welch – Chứa slides dùng làm cho giảng lớp • Các Web site khác http://www.google.com/ – Ví dụ tìm theo từ khóa distributed algorithms course Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 3/113 Chương Giới thiệu Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 4/113 Khái niệm hệ phân tán • Hệ phân tán tập hợp thiết bị tính riêng rẽ giao tiếp với – Ví dụ : chíp VLSI, đa xử lý, mạng cục bộ, Internet • Hệ phân tán vs hệ song song – Hệ song song phối hợp nhiều xử lý nhằm giải vấn đề cho trước cách nhanh – Trong hệ phân tán, xử lý nói chung có chương trình làm việc riêng bán độc lập, lợi ích chung nên cần phối hợp hành động với • Mục đích môn học nghiên cứu công cụ kỹ thuật xây dựng phần mềm phân tán – Tập trung vào khía cạnh giải thuật Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 5/113 Vai trò hệ phân tán • Trao đổi thông tin – Tiền đề phát triển mạng máy tính • Chia sẻ tài nguyên – Giúp giảm chi phí hệ thống • Nâng cao độ tin cậy thông qua lặp – Hệ thống hoạt động phận gặp cố • Nâng cao hiệu suất thông qua song song hóa – Thực công việc chung hay chia sẻ công việc • Đơn giản thiết kế thông qua chuyên dụng hóa – Phân hệ thống thành tiến trình tác hợp với Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 6/113 Đặc trưng hệ phân tán • Không có đồng hồ chung – Không thể đồng hóa đồng hồ xử lý khác biết độ trễ truyền thông – Dùng khái niệm nhân thay cho đồng hồ vật lý • Không có nhớ toàn cục – Các xử lý biết trạng thái toàn cục hệ thống – Cần có giải thuật đánh giá tính chất toàn cục • Không có chế phát cố xác – Không thể phân biệt xử lý chậm hay bị cố – Cần xây dựng chCác ế hphát cố Nguyễn Đại Thọ ệ phân tán 7/113 Lý thuyết hệ phân tán • • • • • Phát khái quát hóa vấn đề Phát biểu vấn đề cách xác Thiết kế giải thuật để giải vấn đề Chứng minh tính đắn giải thuật Phân tích độ phức tạp giải thuật – Dựa tiêu chí thời gian thực hiện, lượng nhớ sử dụng, số thông báo trao đổi • Chứng minh kết tính kết cận – Phụ thuộc nhiều vào giả thiết Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 8/113 Các lĩnh vực ứng dụng • Hệ điều hành – Các tiến trình cần giao tiếp với • Cơ sở liệu phân tán – Các server CSDL cần phối hợp đồng • Khắc phục lỗi phần mềm – Cho chạy nhiều chương trình để nâng cao độ tin cậy • Mạng máy tính – Thiết kế dịch vụ điều khiển mạng • Kiến trúc đa xử lý – Các xử lý kết nối với cần phối hợp thực Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 9/113 Từ lý thuyết đến ứng dụng • Hệ điều hành phân chia thời gian – Cũng gặp phải vấn đề loại trừ lẫn nhau, khóa chết, hệ phân tán vật lý • Các đa xử lý (MIMD) – Nếu có đồng hồ chung sử dụng mô hình đồng – Nếu không sử dụng mô hình không đồng • Các mạng kết nối lỏng (như Internet) – Sử dụng mô hình truyền thông báo không đồng • Khắc phục số – Mô hình treo ngừng hoạt động không thông báo – Mô hình Byzantine khó hiểu có dụng ý Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 10/113 PHẦN I KIẾN THỨC CƠ SỞ Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 11/113 Chương TRUYỀN THÔNG BÁO CƠ BẢN Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 12/113 Mô hình truyền thông báo p0 2 p3 p1 1 p2 • Các xử lý p0, p1, , pn-1 (các nút đồ thị) • Các kênh hai chiều nối cặp nút (các cạnh không định hướng đồ thị) • Mỗi xử lý pi gắn nhán cho kênh kề 1, 2, 3, r (r bậc pi) Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 13/113 Trạng thái • Mỗi xử lý máy trạng thái – Mỗi trạng thái pi có 2r thành phần đặc biệt outbufi[l] inbufi[l], với l = r • outbufi[l] chứa thông báo pi gửi cho nút bên cạnh kênh l chưa đến nơi • inbufi[l] chứa thông báo pi nhận kênh l chưa xử lý – Tập trạng thái Qi chứa tập gồm trạng thái ban đầu • Ở trạng thái ban đầu inbufi[l] phải rỗng – Hàm chuyển pi có đầu vào (trạng thái khả truy nhập) không bao gồm outbufi[l] đầu trạng thái có inbuf [l] rỗng Nguyễn Đại Thọ Cáci hệ phân tán 14/113 Cấu hình • Cấu hình vectơ C = (q0, , qn-1) qi trạng thái pi – Trạng thái biến outbuf cấu hình thể thông báo di chuyển kênh truyền – Cấu hình ban đầu vectơ (q0, , qn-1) thỏa mãn qi trạng thái ban đầu pi • Nói cách khác cấu hình ban đầu tất xử lý trạng thái ban đầu tương ứng • Có thể coi cấu hình trạng thái tổng thể toàn hệ thống Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 15/113 Sự kiện • Có hai loại kiện – Sự kiện giao : chuyển thông báo từ outbuf bên gửi đến inbuf bên nhận • Thông báo xử lý bên nhận thực kiện tính toán – Sự kiện tính : bước thực xử lý • Tương ứng với việc áp dụng hàm chuyển lên trạng thái khả truy nhập thời Trạng thái khả truy nhập Trạng thái khả + truy nhập cũ Sự kiện tính Các thông báo - Xử lý thông báo gửi đến gửi - Chuyển trạng thái xử lý Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 16/113 Thực tính thỏa đáng • Các điều kiện chuỗi cấu hình xen kẽ kiện mô tả hoạt động hệ thống – Điều kiện an toàn : điều kiện phải với tiền tố hữu hạn chuỗi mô tả • Chưa có điều xấu xảy – Điều kiện sống động : điều kiện phải số lần định (có thể vô hạn lần) • Điều tốt đến • Thực chuỗi mô tả thỏa mãn điều kiện an toàn đặt • Thực thỏa mãn điều kiện sống động đặt gọi thực thỏa đáng Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 17/113 Thực không đồng • Hệ thống gọi không đồng cận thời gian – từ lúc thông báo gửi lúc giao – bước thực xử lý • Thực chuỗi cấu hình xen kẽ kiện cấu hình, kiện, cấu hình, kiện, cấu hình, – Với ba (cấu hình, kiện, cấu hình), cấu hình giống cấu hình cũ ngoại trừ • Trường hợp kiện giao : thông báo cho chuyển từ outbuf bên gửi đến inbuf bên nhận • Trường hợp kiện tính : trạng thái xử lý cho (bao gồm outbuf) thay đổi theo hàm chuyển Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 18/113 Thực đồng • Trong mô hình đồng bộ, xử lý hoạt động theo vòng nhịp • Thực dãy vòng, vòng sau giao giao giao tính tính tính tính – Đầu tiên giao tất thông báo có outbuf – Sau p0, p1, , pn-1 thực bước tính • Mô hình đồng không thực tế thích hợp cho thiết kế giải thuật tính đến nhiều điều không chắn – Có thể mô để hoạt động theo mô hình thực tế Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 19/113 Thỏa đáng với mô hình • Với mô hình không đồng bộ, thực thỏa đáng – Mọi thông báo outbuf định giao – Mọi xử lý thực vô hạn bước tính • Với mô hình đồng bộ, thực thỏa đáng dãy vô hạn – Ngầm thỏa mãn hai điều kiện thỏa đáng không đồng Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 20/113 ... Thọ Các hệ phân tán 10 /11 3 PHẦN I KIẾN THỨC CƠ SỞ Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 11 /11 3 Chương TRUYỀN THÔNG BÁO CƠ BẢN Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 12 /11 3 Mô hình truyền thông báo p0 2 p3 p1 1. .. Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 8 /11 3 Các lĩnh vực ứng dụng • Hệ điều hành – Các tiến trình cần giao tiếp với • Cơ sở liệu phân tán – Các server CSDL cần phối hợp đồng • Khắc phục lỗi phần mềm – Cho... lớp • Các Web site khác http://www.google.com/ – Ví dụ tìm theo từ khóa distributed algorithms course Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 3 /11 3 Chương Giới thiệu Nguyễn Đại Thọ Các hệ phân tán 4 /11 3