Sistemas DistribuídosWalfredo Cirne & Fubica Brasileiro

Aula 3:Conceitos Básicos

As figuras que aparecem nesses slides são de Veríssimo&Rodrigues, reproduzidas com o consentimento dos mesmos.

Conceitos Fundamentais e Convenções de Notação

Notações formais

• É normalmente conveniente tratar com processos ao invés de processadores– Um sistema distribuído é composto por N processos que executam

em M processadores– Processadores são conectados por canais de comunicação

• A evolução do sistema é modelada por uma sequência de eventos ei

p

– Um evento modifica o estado do processo p

• A história H é uma seqüência de tuplas contendo um evento ei

p e o estado de p após eip

• Uma execução (run) é um conjunto ordenado de eventos descrito por uma história

Eventos

• Eventos podem ser locais ou podem ser trocas de mensagem– Eventos ordenados e concorrentes

Eventos e tempo

• t(e) é o tempo real em que e ocorreu

• Relógios locais e timestamps– Granularidade do relógio

Estado global

• Especificação– Se no tempo t cada processo está no estado Si e

as mensagens em transito no canal cij que liga pi

a pj é S(cij), então o estado global é dado por S = {S1, S2, ... Sn} U {S(cij), 1≤I,j≤n, i ≠j}

• Como computar S internamente?– Troca de mensagens mudará o estado do

sistema!– Há protocolos de snapshot que resolvem este

problema

Snapshots distribuídos

Propriedades de um sistema

• Safety– Alguma coisa ruim não pode acontecer

• Liveliness– Alguma coisa boa vai acontecer um dia

• Timeliness– Adicionam requisitos de tempo real às

propriedades de liveliness

Nomes e endereços

• Nomes identificam objetos– Nomes únicos globalmente × contexto de nomes– Nomes “puros” × “impuros”

• Endereços são nomes usados por algum sistema de comunicação para entregar mensagens

• Nomes são resolvidos em endereços– “Ciência da Computação é a ciência que resolve

problemas adicionando níveis de indireção”– Quais resoluções temos quando enviamos um email

para lula@planalto.gov.br?– Nomes podem ter seu significado mudado ao longo do

tempo

Mapeamento/resolução de nomes

• Serviços de nomes traduzem nomes em endereços– Binding

• Associa um nome a um endereço

– Lookup• Recupera (resolve) um endereço a partir de um nome

– Unbiding• Desassocia um nome a um endereço

• O servidor de nomes precisa usar um endereço bem conhecido

Servidores de nomes

Troca de mensagens

• Mecanismo básico de interação em sistemas distribuídos• Endereçamento, protocolo e formato das mensagens• Confiabilidade

Semântica de Bloqueio

• O send pode retornar quando:– Se recebe um ack– Quando o dado enviado está bufferizado – Imediatamente

• Cada opção tem impactos de performance e interface

• Respose-and-reply × Notification/events

Operação remota

• Chamada/invocação remota de procedimento/método– Marshalling/unmarshalling– Bloqueio durante a execução– Semântica de falhas

• Mecanismo básico usado no paradigma cliente/servidor– Amplamente usada (ex Java RMI)

Usando multiplas threads com operações remotas

Comunicação em grupo

• Difusão de conteúdo– especialmente streaming

• Grupo de servidores– melhor disponibilidade e/ou performance

• 1 multicast ≠ n unicasts

Multicast para difusão de conteúdo

Group membership

• Serviço usado para construção de grupos de replicas– Provê serviço de alto nível– Entrega confiável de mensagens

• Visão do grupo– Os membros do grupo sabem quem está no

grupo

• Ordenação de mensagens– O enviador recebe suas próprias mensagens

Principais componentes de um protocolo de multicast

• Serviço de transporte– Roteamento– Tolerância a omissões– Controle de fluxo

• Ordenação

• Gerência de filiação (incluindo recuperação de falhas)

Tempo e relógios

• O que é o tempo real?– Função monotônica contínua e crescente [Newtoniano]

• O que é 1 segundo?– Divisor de um dia solar– Relógios atômicos

• A linha do tempo– timestamps– duração de intervalos

• Relógios

O papel do tempo

• Gravar e observar a localização de eventos na linha do tempo– seqüênciamento de eventos que formam um

estado global– medir a duração entre dois eventos

• Forçar o futuro posicionamento de eventos na linha do tempo– sincronização

Medindo tempo em sistemas distribuídos

• Como medir durações distribuídas?

• Como reconciliar diferentes linhas do tempo?– Ex. qual o tempo de transmissão de uma

mensagem?

• Tempo global × tempo absoluto

Relógios locais físicos

• O hardware (rf) implementa uma função monotônica discreta e crescente que mapeia o tempo real t em um tempo de relógio rf(t)

• Imperfeições de relógios físicos– Granularidade (g)– Taxa de desvio ()

Propriedades de um relógio físico

• Granularidade– Relógios físicos avançam em ticks (tk)

• g = rf(tk+1) – rf(tk)

• Taxa de desvio– Depende da qualidade do relógio e das

condições do ambiente (ex. temperatura)• 0 ≤ 1- ≤ (rf(tk+1) – rf(tk))/g ≤ 1+

Para que serve um relógio local?

• Prover timestamps para eventos locais

• Medir durações locais– Qual o erro causado pela taxa de desvio?– é tipicamente na ordem de 10-5

• Definir timeouts

• Medir durações de atraso round-trip

Relógios globais

• Um relógio global é construído através da sincronização de relógios locais por um protocolo de sincronização de relógio– Cada processo p cria um relógio virtual (rvp) a

partir do seu relógio local (rfp)

– Os relógios virtuais são criados de forma a estarem sincronizados

– São resincronizados de tempos em tempos– NTP é o protocolo mais comum para isso

Propriedades de um relógio global

• Convergência (): quão próximo os relógios estão sincronizados logo após uma resincronização

• Precisão (): quão próximos os relógios se mantêm sincronizados entre si em qualquer tempo

• Exatidão (): quão próximos os relógios estão sincronizados em relação a uma linha de tempo absoluta de referência– Requer um dispositivo de sincronização externa

(ex. GPS) em algum lugar do sistema

• Taxa de desvio (): é a taxa instantâneo de desvio do relógio global

Propriedades de um relógio global