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José Maria MonteiroJosé Maria MonteiroDepartamento de Informática – PUC-RioDepartamento de Informática – PUC-Rio

[email protected]@inf.puc-rio.br

Consistência de Dados em Consistência de Dados em Computação MóvelComputação Móvel

Prof.: Markus EndlerProf.: Markus Endler

Disciplina: Introdução à Computação Disciplina: Introdução à Computação MóvelMóvel

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Motivação Ambientes de Computação Móvel Uma Taxonomia para Consistência de Dados

em CM Estudo de Caso: O Sistema Bayou Conclusões

AgendaAgenda

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Evolução e disseminação dos dispositivos portáteis Avanços nas tecnologias de comunicação sem fio Um Novo Paradigma: Computação Móvel

Possibilita que os usuários de DP’s mantenham a conexão com a rede enquanto se movimentam livremente

Tendo acesso a recursos, serviços e informações compartilhadas Novas Aplicações

Sistemas de Contole de Tráfego, Aplicações Baseadas em Localização, Sistemas de Informações Sobre Tempo e Clima, ...

MotivaçãoMotivação

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As aplicações necessitam recuperar dados atuais e consistentes

Os mecanismos tradicionais de controle de concorrência não são adequados para CM Devido às limitações inerentes aos ambientes

móveis Conectividade intermitente Recursos limitados (energia, memória, processamento) Mobilidade Baixa largura de banda

Protocolos tradicionais Baseados em bloqueios, exigem excessiva

comunicação,...


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São necessárias novas abordagens Para garantir a consistência dos dados em

ambientes de CM Diversos mecanismos têm sido propostos Torna-se necessário investigar, analisar,

comparar e classificar as abordagens propostas


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Ambientes de Computação MóvelAmbientes de Computação Móvel

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Özsu e Valduriez (1991) Propuseram uma classificação para sistemas de

bancos de dados distribuídos baseada nas características de autonomia, distribuição e heterogeneidade

Dunham et al. (1997) Observaram

Um sistema de banco de dados móvel pode ser visto como uma extensão de um sistema distribuído

Ou seja, como um sistema distribuído dinâmico, onde os canais de comunicação entre os computadores mudam dinamicamente

Estenderam a classificação de Özsu e Valduriez Adicionando um ponto no eixo da distribuição

Propondo uma TaxonomiaPropondo uma Taxonomia

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Dunham et al. (1997)

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Propomos uma taxonomia para sistemas de bancos de dados móveis Baseada na arquitetura e no funcionamento das

soluções encontradas Classificação proposta

Replicação/Caching de Dados no Cliente Servidores Replicados Replicação em Redes Ad Hoc SBD’s Múltiplos em CM Comunidades de Bancos de Dados Ambientes de Broadcast


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Replicação/Caching de Dados no Cliente


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Replicação/Caching de Dados no Cliente Motivação

Canais de comunicação instáveis Custo da infra-estrutura de comunicação sem fio Dispositivos desconectados por longos períodos de

tempo Objetivos

Suporte à desconexão Possibilitar que os dispositivos continuem a

execução de suas operações sobre os dados mesmo na ausência de conexão

Funcionamento Uma cópia dos dados (ou de parte) é armazenada nos

clientes Em caso de desconexão, utiliza-se a cópia


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Replicação/Caching de Dados no Cliente Vantagens

Maior disponibilidade dos dados Melhor desempenho (acesso local)

Desvantagens Manter a consistência entre os dados armazenados nos

clientes e no servidor central Arquitetura

Redes móveis infra-estruturadas Abordagens

Replicação e Reconciliação Caching de Dados


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Servidores Replicados


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Servidores Replicados


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Servidores Replicados Motivação

Canais de comunicação instáveis Nem sempre o servidor está disponível ou alcançável

Objetivos Possibilitar que as aplicações utilizem o servidor

disponível que estiver mais próximo Funcionamento

Distribuir múltiplas cópias dos dados em diversos servidores

O cliente utiliza a cópia disponível mais próxima


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Servidores Replicados Vantagens

Maior disponibilidade dos dados Melhor desempenho (acessa a cópia mais próxima) Maior Throughput

Desvantagens Necessidade de atualizar todas as cópias quando um

item for alterado Arquitetura

Ambientes computacionais parcialmente (fracamente) conectados (onde a desconexão é a regra)

Exemplos Bayou, Votação Ponderada, Deno


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Replicação em Redes Ad Hoc


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Replicação em Redes Ad Hoc Motivação

Alto dinamismo das redes ad hoc Freqüentes desconexões dos dispositivos móveis Freqüente divisão (partição) da rede

Dispositivo em uma partição não consegue acessar dados armazenados por dispositivos que estejam em outra partição

Objetivos Possibilitar que um cliente móvel acesse dados de um

servidor que não está na sua área de cobertura, através de hosts intermediários

Funcionamento Distribuir múltiplas cópias dos dados em diversos

servidores O cliente utiliza a cópia disponível mais próxima


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Replicação em Redes Ad Hoc Vantagens

Maior disponibilidade dos dados Melhor desempenho (acessa a cópia mais próxima)

Desvantagens Manter a consistência das diversas cópias

Arquitetura Redes Ad Hoc

Exemplos Métodos para Alocação de Réplicas Método PAN


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SBD’s Múltiplos em CM


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SBD’s Múltiplos em CM Motivação

Freqüentes fusões e aquisições de diferentes companhias Necessidade de gerenciar uma variedade de BD’s pré-

existentes, heterogêneos, autônomos e distribuídos geograficamente (Bancos de Dados Múltiplos – Multidatabase)

Nec. de interoperabilidade Multidatabase Systems - MDBSs

Nec. de estender os serviços dos MDBSs a usuários móveis Mobile Multidatabase Systems - MMDBSs

Objetivos Possibilitar que usuários de dispositivos portáteis utilizem

bancos de dados múltiplos


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SBD’s Múltiplos em CM Arquitetura

Redes móveis infra-estruturadas Exemplos

Kangaroo PSTM V-Lock


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Comunidades de Bancos de Dados Móveis


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Comunidades de Bancos de Dados Móveis Motivação

As redes ad hoc possibilita que os dispositivos se comuniquem sem a participação de qualquer componente da rede fixa

Possibilita a formação de estruturas altamente dinâmicas que se formam de maneira espontânea

O compartilhamento de dados pode ser realizado através da criação de federações dinâmicas de BD’s

As quais são denominadas comunidades de bancos de dados móveis (Mobile Database Communities – MDbC’s)

Uma MDbC pode ser vista como um MMDBS no qual os servidores podem estar em dispositivos móveis


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Comunidades de Bancos de Dados Móveis Objetivos

Possibilitar que um cliente móvel acesse os dados dos demais membros da comunidade (de forma “integrada”)

Arquitetura Redes ad hoc

Exemplos SESAMO


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Ambientes de Broadcast


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Ambientes de Broadcast Motivação

O link de comunicação entre o cliente e o servidor nem sempre está disponível (existe), ou pode apresentar custos elevados

Objetivos Possibilitar que os clientes acessem os dados sem

necessitar enviar requisições ao servidor Funcionamento

O servidor de broadcast periodicamente difunde os dados

Os clientes monitoram o canal de broadcast e filtram os dados de seu interesse


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Ambientes de Broadcast Vantagens

O servidor não fica sobrecarregado com requisições O servidor não precisa enviar mensagens individuais Os dados podem ser acessados concorrentemente por

qualquer número de clientes sem nenhuma degradação de performance

Desvantagens O acesso aos dados é estritamente seqüencial Aumenta a latência de acesso à informação

Arquitetura Redes infra-estruturadas com broadcast

Exemplos Relatórios de Invalidação, Múltiplas Versões, TGST, ...


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Estudo de Caso: O Sistema Estudo de Caso: O Sistema BayouBayou

Características Sistema de armazenamento replicado Utiliza um nível fraco de consistência Projetado para ambientes de CM parcialmente

(fracamente) conectados Provê uma infra-estrutura

Para o desenvolvimento de aplicações colaborativas, sem requisitos de tempo real

Ex: Edição cooperativa de documentos, agendas, e-mails

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Arquitetura Cada BD é inteiramente replicado em um

conjunto de servidores As aplicações (clientes) interagem com os

servidores através de uma API específica Bayou Application Programming Interface Suporta duas operações básicas: leitura e escrita

Os clientes podem executar tanto leituras quanto escritas em qualquer um dos servidores, com os quais possa se comunicar (read-any/write-any)

Por exemplo, o servidor mais próximo

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Arquitetura O cliente e o servidor

Podem co-existir em um mesmo host, ou podem executar de forma isolada

Podem executar nos hosts fixos ou móveis Apresentam conexão intermitente

As aplicações Têm conhecimento de que podem ler dados

inconsistentes Sabem que suas escritas são inicialmente apenas uma

tentativa

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Arquitetura No servidor

A informação de que escritas foram consolidadas em em que ordem são propagadas para os demais servidores durante o processo de anti-entropia

Cada servidor mantém duas visões do BD: consolidada e corrente

Detecção e resolução automática de conflitos Detecção Método baseado em validação de

dependências (consulta + resultado esperado) Resolução Utiliza procedimentos escritos em uma

linguagem interpretada de alto nível As dependências e os procedimentos são incluídos juntos

a cada operação de escrita A validação é feita antes da operação de escrita se

executada

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Garantias de Sessão O Bayou utiliza

Esquema de replicação read-any/write-any Mecanismo de consistência fraca

Essa abordagem proporciona Alta disponibilidade, boa escalabilidade e simplicidade de

projeto Problema:

É possível que os clientes obtenham valores inconsistentes quando lêem dados de diferentes réplicas

Solução: Para reduzir as inconsistências observadas pelos clientes,

Bayou provê garantias de sessão (sesion garantees)

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Garantias de Sessão Definição

É uma abstração para uma seqüência de operações de leitura e escrita que são submetidas durante a execução de uma aplicação

Não se tem a intenção de que as sessão sejam correspondentes ao conceito de transação atômica (serializabilidade)

O objetivo é proporcionar às aplicações individualmente uma visão do BD que seja consistente com as suas próprias ações

Características O sistema tenta assegurar as garantias, caso não

consiga, informa à aplicação que a garantia não pôde ser alcançada, e esta tenta executar a operação em outro servidor

Proporcionam um meio de adaptabilidade. O grau de consistência pode ser adaptado aos níveis de conectividade.

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Garantias de Sessão Read Your Writes (RYW)

As operações de leitura devem refletir as escritas executadas anteriormente (pela mesma sessão)

Monotonic Reads (MR) Leituras sucessivas refletem o resultado de um conjunto

de escritas não decrescente Writes Follow Reads (WFR)

As operações de escrita são propagadas após as operações de leitura das quais dependem

Monotonic Writes (MW) As operações de escrita são propagadas após as escritas

que as precedem logicamente

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Garantias de Sessão Implementação

Vetores de versão (semelhantes aos vectors timestamps)

Operações Desconectadas Não inclui a noção de operação desconectada

Uma vez que vários níveis de conectividade são possíveis É necessário apenas que ocasionalmente a comunicação

entre pares de servidores aconteça Grupos de servidores podem se desconectar do

restante do sistema e ainda continuarem conectados entre si

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ConclusõesConclusões

Existem um número razoável de abordagens para garantir a consistência e a disponibilidade de dados em CM

A taxonomia proposta pode ajudar a compreensão dos diversos mecanismos existentes

O sistema Bayou apresenta alta disponibilidade de dados em ambientes de conexão intermitente, podendo ser utilizado em diversas aplicações colaborativas

As idéias do sistema Bayou podem influenciar na elaboração de novos mecanismos de consistência

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Dúvidas????Dúvidas????

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