VAI TRÒ của TRẬT tự hóa và vấn đề gắn bó dữ LIỆU

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  BÀI TIỂU LUẬN HỆ PHÂN TÁN   NGUYỄN VĂN ĐỊNH   Số 3 HỆ PHÂN TÁN  CAO HỌC K24 KHOA HỌC MÁY TÍNH  Đà Nẵng, 12/04/2012   MỤC LỤC 2 *** 2 LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 2 5 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 5          I.1 Ưu điểm 6 I.2 Hạn chế 7  !"#$  % &'  % ($')  * CHƯƠNG 2 8 VAI TRÒ CỦA TRẬT TỰ HÓA VÀ VẤN ĐỀ GẮN BÓ DỮ LIỆU TRONG HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 8 +,+-$#).  * I.1 Trật tự từng phần 8 I.2 Trật tự hóa các tác động 11 ($!/01  23 I.1 Điều kiện giả định và thực tế 13 I.2 Tác động và giao dịch 14 +'4#1+($!/0  2 56.7!/04#  2 -46/64($!/01+4(#.  2% CHƯƠNG 3 18 BÀI TẬP 18 6-#+8($!/01  29 /:/!1;  <= KẾT LUẬN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn   Trong những năm gần đây, những thành tựu về Khoa Học - Công Nghệ phát triển mạnh mẽ đã làm thay đổi cách nhìn, cách nghĩ của con người từ đó làm thay đổi bộ mặt của xã hội. Đặc biệt là sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Hiện nay, việc nghiên cứu phát triển các giải pháp kỹ thuật cơ sở cho các ứng dụng phân tán đã đạt được những thành công nhất định và thể hiện trong các công bố mới nhất. Tuy nhiên, để có được một giải pháp hữu hiệu đáp ứng các yêu cầu đặt ra của việc gắn bó dữ liệu trong môi trường phân tán như Internet/Intranet, thì đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện các giải pháp hiện hành.Vấn đề tự hóa và vấn đề gắn bó dữ liệu trong hệ tin học phân tán, đã trở thành một lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu lý thuyết lẫn các nhà sản xuất phần mềm nhằm tìm ra các giải pháp hữu hiệu đảm bảo tính gắn bó thông tin trong các cơ sở dữ liệu truy cập ngẫu nhiên với số lượng truy cập lớn. Song để khai thác có hiệu quả toàn hệ, vấn đề quan trọng là chiến lược khai thác và sử dụng các tài nguyên dùng chung như thế nào? Chiến lược khai thác các tài nguyên dùng chung này là chức năng cũng như đối tượng nghiên cứu của các hệ tin học phân tán. Trong thực tế, hệ tin học phân tán với những nguyên lý, phương pháp của nó đã và đang được nhiều người quan tâm để có thể vận dụng trong quá trình tác nghiệp của mình. SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 3 Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn Trong phạm vi tiểu luận của mình, tôi trình bày được những vấn đề sau: Mục lục Chương 1: Các khái niệm cơ bản hệ tin học phân tán. Chương 2: Vai trò của trật tự hóa và vấn đề gắn bó dữ liệu trong hệ tin học phân tán. Chương 3:( Bài tập) Ta hãy xét một hệ đa xử lý với bộ nhớ chung, trong đó mỗi một bộ xử lý được trang bị một bộ nhớ cục bộ hoạt động theo nguyên tắc của bộ nhớ cache. Hệ này quản lý ba đối tượng là : 1. Các biến toàn cục, được truy cập bởi nhiều tiến trình. 2. Các biến cục bộ chỉ được phép truy cập bởi một tiến trình có nhu cầu. 3. Các hằng chia xẻ được. Mỗi ngăn nhớ của bộ nhớ chung hay cục bộ đều bao gồm một ký hiệu cho phép nhận dạng kiểu của đối tượng chứa trong đó. Một đối tượng không thể thay đổi kiểu. Ta có cơ chế đảm bảo việc loại trừ tương hổ cho các truy cập vào bộ nhớ chung. Hãy cho biết nguyên lý được mô tả bởi thuật toán truy cập vào các loại đối tượng khác nhau đó với điều kiện duy trì sự gắn bó bằng cách sử dụng ghi tức thời. Kết luận Tài liệu tham khảo Xin chân thành cảm ơn !"#$%&'& đã giảng dạy, định hướng nghiên cứu và cung cấp nhiều tài liệu để tôi có thể hoàn thành tiểu luận này. Với kiến thức có hạn nên tiểu luận này không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy và các bạn. Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn thầy $%&'&! SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 4 Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn () *+*, ,/*  0&!&1!23!4 5&!678!9& :& Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc các bộ xử lý nằm ở xa ở các vị trí khác nhau và được liên kết với nhau thông qua phương tiện viễn thông dưới sự điều khiển thống nhất của hệ điều hành. Hệ phân tán là một tập hợp bao gồm các bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý với bộ nhớ và đồng hồ độc lập. Điều này đồng nghĩa với việc các bộ xử lý không sử dụng chung bộ nhớ và đồng hồ. Trong hệ tin học phân tán, các tính toán có thể được tính trên nhiều bộ xử lý hay trên vi xử lý của hệ thống đa bộ xử lý. Như vậy hệ thống hệ tin học phân tán đòi hỏi hệ thống của mình phải trang bị bộ nhớ cục bộ. Các bộ xử lý trao đổi thông tin qua các hệ thống đường truyền khác nhau như là cáp chuyên dụng, bus trao đổi, đường điện thoại, cáp quang, . . . vv. Khác với hệ thống máy đơn, mạng máy tính là tập hợp các thiết bị đầu cuối được kết nối với nhau thông qua hệ thống đường truyền. Các thiết bị đầu cuối của máy tính rất đa dạng, bao gồm tập hợp các máy tính, các thiết bị chuyên dụng, các thiết bị truyền tin, các thiết bị tiếp nhận và hiển thị thông tin. Hệ thống mạng máy tính được điều khiển bằng hệ điều hành mạng. Hệ thống tin học này có thể là hệ tập trung hoặc hệ phân tán. Căn cứ vào các thành phần của hệ tin học, ta nhận thấy hệ tin học có thể bao gồm bốn thực thể sau: SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 5 :7 !4 !;&1 8!"&<=< 4 !;&1 >?@54A B8!C8 8!"&7D&1 4 !;&1 EA#=& !F&1 G&!H :7 !I7 !J7K3!4 5&!678!9& :& Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn Trong hệ tin học phân tán, cấu hình phần cứng của mạng có thể bao gồm các bộ xử lý có cấu tạo hoàn toàn khác nhau về khả năng, tốc độ và được thiết kế cho các chức năng khác nhau. Chúng có thể là các bộ xử lý, các trạm làm làm việc, các máy tính tập trung và các máy tính điện tử vạn năng lớn. Chúng được gọi bằng các tên khác nhau như trạm, node . . . căn cứ vào ngữ cảnh mà ở đó nó được nêu ra. Ngoài hệ thống phần cứng, phần mềm, dữ liệu thì hệ phân tán còn có hệ thống truyền thông được mô tả như ở trên. Song điều cơ bản để phân biệt hệ tin học phân tán với mạng máy tính là và hệ điều hành mạng chính là nguyên tắc xây dựng hệ. II. :7 !L&!8!"&7K3!4 5&!678!9& :& Các thành phần của hệ tin học phân tác có thể phản ánh trong bảng sau:  !L&!8!"& 1 Bộ xử lý dùng cho các máy tính lớn hoặc máy trung 2 Bộ vi xử lý 3 Bộ xử lý hay vi xử lý với các bộ nhớ chính 4 Bộ xử lý hay vi xử lý với các bộ nhớ chính và kèm theo một vài bộ nhớ truy cập nhanh 5 Máy lớn, trung hay vi tính hoàn chỉnh với điều kiện không sử dụng đồng hồ chung 6 Trạm làm việc của mạng máy tính 7 Thiết bị đầu cuối của mạng 8 Các hệ thống tin học đóng vai trò nút trung chuyển 9 Các mạng cục bộ hoạt động độc lập trong mạng lớn (AM5J<NL!O&7!P7K3!4 !;&18!9& :& H Ưu điểm  Chia xẻ tài nguyên: Chia xẻ tài nguyên trong hệ thống phân tán cung cấp một cơ chế để chia xẻ tập tin ở vị trí xa, xử lý thông tin trong một cơ sở dữ liệu phân tán, in ấn tại một vị trí xa, sử dụng những thiết bị ở xa để thực hiện các thao tác…  Tăng tốc độ tính toán: Hệ thống phân tán cho phép phân chia việc tính toán trên nhiều vị trí khác nhau để tính toán song song.  An toàn: Nếu một vị trí trong hệ thống phân tán bị hỏng, các vị trí khác vẫn tiếp tục SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 6 Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn làm việc mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.  Thông tin liên lạc với nhau: Có nhiều lúc, chương trình cần chuyển đổi dữ liệu từ vị trí này sang vị trí khác. Khi các vị trí được nối kết với nhau trong một hệ thống mạng, việc trao đổi dữ liệu diễn ra rất dễ. ) Hạn chế  Giá phát triển phần mềm cao: Do các khó khăn khi cài đặt một hệ thống phân tán, giá thành sẽ tăng lên.  Dễ mắc lỗi hơn: Vì các trạm trong hệ phân tán làm việc song song, khó có thể đảm bảo thuật toán được thực hiện đúng trên tất cả các trạm. Do vậy mà số lỗi sẽ tăng lên.  Khối lượng các xử lý tăng: Hệ thống phân tán cần truyền nhiều thông báo, nhiều tính toán phụ. Do vậy khối lượng xử lý tăng lên so với hệ thống tập trung. IV. 1A#$& Q7R9#>I&1!48!9& :&  Chia sẻ tài nguyên: Thực tế phát triển mạng máy tính đặt ra một vấn đề lớn là cần phải dùng chung tài nguyên. Một tiến trình trên một trạm nào đó có thể cung cấp tài nguyên dùng chung ở một trạm khác.  Liên lạc: Khi các hệ thống đã được mắc nối với nhau, các thực thể trong hệ có thể trao đổi thông tin với nhau.  Tin cậy: Một trạm trong hệ bị sự cố không làm cho toàn hệ ảnh hưởng, mà ngược lại, công việc đó được phân cho các trạm khác đảm nhận. Ngoài ra, trạm bị sự cố có thể tự động phục hồi lại trạng thái ban đầu trước khi có sự cố hay trạng thái ban đầu của nó.  Tăng tốc: Đây là khái niệm mới về phân tán tải. Một tính toán lớn nào đó, nếu chỉ sử dụng một trạm thì thời gian cho kết quả lâu. Tính toán này được chia nhỏ và thực hiện song song trên các trạm. Điều này cần thiết đối với các trạm quá tải.  5=AS54&7K3!48!9& :& Để đảm bảo hoạt động thì các hệ thống kết nối với nhau phải thỏa mãn hai điều kiện cơ bản sau đây : SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 7 Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn  Bất kỳ một hệ thống thành phần nào (hệ cục bộ) đều có thể liên lạc thông suốt với các hệ thống thành phần khác.  Mỗi một hệ thống cục bộ được đặc trưng bằng một tên duy nhất và tên này có thể được nhận biết bởi các hệ thống viễn thông.  IS!:7&!3A15?3!4 5&!678!9& :&NL!4 5&!67 Sự khác nhau cơ bản của hệ tin học phân tán và hệ tin học đó là “hệ thống truyền thông Các máy tính đơn được nối vào lại với nhau thành một hệ thống mạng thì hệ thông đó gọi là hệ tin học phân tán () TUV WTUXY T Z[- \, U], / *  35 E^7K3 EB I>?@54A H Trật tự từng phần Trong các hệ thống tin học tập trung, vấn đề đồng bộ hóa được giải quyết thông qua cơ chế loại trừ tương hỗ. Cơ chế này cho phép sắp đặt (xác lập trật tự) hoàn toàn các sự kiện. Trong thực tiễn, có một số hệ thống vấn đề về đồng bộ hóa chỉ đòi hỏi trật tự từng phần. SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 8 :7 !4 !;&1 8!"&<=< 4 !;&1 >?@54A B8!C8 8!"&7D&1 4 !;&1 EA#=& !F&1 Hình 2: :7 !I7 !J7K3!4 5&!678!9& :& G&!_:7 !I7 !J7K3!4 5&!67 G&!`4 5&!678!9& :& Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn Chính vì vậy trật tự hóa từng phần giữa các sự kiện mà các tiến trình của nó cần phải đồng bộ là vấn đề cần phải quan tâm giải quyết. Trong hệ thống phân tán, việc đồng bộ hóa chỉ đặt ra duy nhất vấn đề thiết lập một trật tự giữa các sự kiện. Giữa các trạm khác nhau, trật tự đó chỉ có thể thể hiện được thông qua việc trao đổi các thông điệp với nhau. Giả sử rằng ta có thể xác định một trật tự giữa các sự kiện của hệ phân tán nhờ vào quan hệ được kí hiệu là  và gọi là “có trước” hay “ở ngay trước”. Quan hệ này tối thiểu phải thỏa mãn được các ràng buộc thể hiện trong bảng sau đây: SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 9 C1: Nếu A và B là hai sự kiện của cùng một trạm và nếu A được thực hiện trước B thì theo trật tự của trạm ta có: AB. C2: Nếu A là phát thông điệp bởi một trạm nào đó và nếu B là thu của thông điệp này thì ta có: AB. Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn Ví dụ 1: Hình 1: Mô tả trật tự từng phần Theo hình vẽ ta có thể biểu diễn trật tự như sau: Trật tự từng phần của các sự kiện A1A2A3A4A5 B1B2B3B4 Trao đổi thông điệp A1B2 và B3A4 Chuyển qua A1A2B2B3B4 B1B2B3A4A5 A1A2B2B3A4A5 SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 10 A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 t [...]... Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS Lê Văn Sơn Hình 5: Trật tự hóa S2 A:=A-P Giao dịch loại T B:=B+P A:=(1+t)xA Giao dịch loại U B:=(1+t)*B Hình 6: Trật tự hóa S3 Ta nhận thấy dễ dàng là trật tự hóa S2 có tác dụng tương đương với trật tự hóa tuần tự S3, trong khi đó trật tự hóa S1 lại khác Trong trật tự hóa S2 và S3, các tác động cập nhật lần lượt của tài khoản A và B đều được thực hiện theo cùng một tuần tự, ... a21, a11, a22, a12, a23, a13, a14, a24 Trong số các trật tự hóa của một tập hợp các giao dịch, điều quan trọng là phải tách cho được những cái phục vụ trạng thái gắn bó dữ liệu và chúng được gọi là trật tự hóa gắn bó Như vậy, trật tự hóa tuần tự là các trật tự hóa tương ứng với việc thực hiện tuần p hợp các giao dịch Đây là điều kiện đủ của sự gắn bó Ví dụ 3: Quản lý các tài khoản tại một ngân hàng... đổi cần thiết của T, trạng thái của hệ là gắn bó 2 - Nếu một tiến trình bị sự cố trước khi diễn ra các thay đổi của T, trạng thái của hệ là gắn bó 3 - Nếu một tiến trình bị sự cố giữa các thay đổi của T, trạng thái của hệ là không gắn bó Nếu dữ liệu được phân tán trên nhiều server, để bảo đảm dữ liệu sẽ được ghi lên đúng đắn lên mọi cơ sở dữ liệu, đòi hỏi phải có các cơ chế bảo vệ dữ liệu Ví dụ như... để đạt được trật tự hóa gắn bó chỉ có thể thành công khi áp dụng các ràng buộc trên trật tự thực hiện các tác động Nguyên lý của phương pháp là ở chỗ làm chậm một tác động nào đó cho đến thời điểm mà sự thực hiện của nó không còn có nguy cơ phá hủy sự gắn bó của trật tự hóa (bằng cách chặn tiến trình hiện hành) Để giải quyết vấn đề này ta áp dụng thuật toán duy trì sự gắn bó tránh bế tắc và thiếu thốn... dùng khóa chốt, bộ xếp lịch chính là bộ quản lý khóa Bộ quản lý giao dịch sẽ chuyển cho bộ quản lý khóa các thao tác Cơ sở dữ liệu (đọc hoặc ghi) và các thông tin kèm theo (như dữ liệu cần truy xuất, định danh của giao dịch đưa ra yêu cầu) Sau đó bộ quản lý khóa sẽ kiểm tra xem đơn vị khóa có chứa mục dữ liệu đó đã bị khóa hay chưa, nếu đã khóa và thể thức khóa đó không tương thích với thể thức của giao... truy cập đồng thời lên cơ sở dữ liệu trên môi trường phân tán sẽ có rất nhiều vấn đề nảy sinh và không đảm bảo gắn bó thông tin lúc truy cập Ngăn chặn các vấn đề này người ta đưa ra hàng loạt phương pháp, cơ chế nhằm đảm bảo gắn bó thông tin trong môi trường CSDL phân tán Vì có rất nhiều thuật toán liên quan đến vấn đề đảm bảo gắn bó thông tin trong cơ sở dữ liệu phân tán và thời gian thực hiện tiểu... hiện hoàn toàn các giao dịch Việc thu được một trật tự hóa gắn bó chỉ có thể thành công khi áp dụng các ràng buộc trên trật tự thực hiện các tác động Nguyên lý của phương pháp là ở chỗ làm chậm một tác động nào đó cho đến thời điểm mà sự thực hiện của nó không còn có nguy cơ phá hủy sự gắn bó của trật tự hóa Để đảm bảo các giao dịch trên tôn trọng sự gắn bó thông tin thì người ta đưa ra các phương pháp,... bảo trong chế độ thực hiện tuần tự của M Trong trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, dãy này bao gồm tất cả các tác động cấu tạo nên giao dịch M; mỗi một tác động chỉ xuất hiện một và chỉ một lần Một dãy các tác động như vậy được gọi là trật tự hóa của tập hợp các giao dịch M Ví dụ 2: Cho T1 = (a11, a12, a13, a14) và T2 = (a21, a22, a23, a24) Một trật tự hóa M = {T1, T2} được thể hiện... khiển đồng thời bằng khóa chốt: Chúng ta dùng hai loại khóa chốt đó là khóa đọc (read lock) và khóa ghi (write lock) Một giao dịch Ti đang muốn đọc một mục dữ liệu được chứa trong đơn vị khóa x sẽ nhận được một khóa đọc trên x [ký hiệu là rli(x)] và tương tự với thao tác ghi là wli(x) Nếu chúng tương thíc là truy cập đến cùng một mục dữ liệu có thể nhận được khóa trên mục dữ liệu đó cùng lúc Ma trận...Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) I.2 GVHD: PGS.TS Lê Văn Sơn Trật tự hóa các tác động Cho một tập các giao dịch M = (T1, T2, ,Tn) lần lượt được thực hiện bởi các tiến trình độc lập p1, p2, , pn Việc thực hiện tuần tự có nghĩa là thực hiện tất cả các giao dịch của M theo kiểu nối đuôi nhau và tuân thủ một trật tự nào đó Sự gắn bó dữ liệu của hệ được bảo toàn, theo định nghĩa, bằng . tự hóa gắn bó. Như vậy, trật tự hóa tuần tự là các trật tự hóa tương ứng với việc thực hiện tuần. p hợp các giao dịch. Đây là điều kiện đủ của sự gắn bó. . với trật tự hóa tuần tự S3, trong khi đó trật tự hóa S1 lại khác. Trong trật tự hóa S2 và S3, các tác động cập nhật lần lượt của tài khoản A và B đều được