Tiểu luận hệ phân tán Thuật toán quản lí nhiều bản sao

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN
GVHD : PGS. TS. Lê Văn Sơn
HVTH : Đinh Phạm Thảo
Khoa học máy tính khóa 10
TÊN ĐỀ TÀI
Tiểu luận hệ phân tán Thuật toán quản lí nhiều
bản sao
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm
nhiều bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý nằm tại các vị trí khác
nhau và được liên kết với nhau thông qua phương tiện
viễn thông dưới sự điều khiển thống nhất của một hệ
điều hành.

Đánh giá khả năng phân tán dựa vào:
•
Chia sẻ tài nguyên: các máy tính dùng chung tài
nguyên
•
Liên lạc: các trạm có thể trao đổi thông tin cho nhau
•
Tin cậy: một trạm bị sự cố không làm ảnh hưởng các
trạm khác
•
Tăng tốc:một tính toán lớn sẽ thực hiện song song trên
các trạm.
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Đặc điểm cơ bản của Hệ phân tán:

•
Thời hạn truyền thông tin trong hệ không
giống nhau, các thông điệp có thể bị mất
trong quá trình chuyển tải, các thông điệp
có thể được truyền kép và hệ thống có thể
rơi vào sự cố.
•
Một (hay nhiều) máy tính cấu thành của
hệ phân tán có thể bị sự cố và hoạt động
của toàn hệ trở nên kém hiệu quả.
CÁC KHẢ NĂNG PHÂN TÁN CỦA HỆ
ĐIỀU HÀNH UNIX

Dựa vào những tiêu chí đánh giá của 1 hệ tin
học phân tán thì hệ điều hành Unix có các khả
năng phân tán sau:

Qu n lý ti n trìnhả ế
Qu n lý b nhả ộ ớ
Qu n lý t p tinả ậ
QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

Tiến trình được hiểu là một chương trình
hay một đoạn chương trình đang trong
quá trình thực hiện.

Khi hệ thống khởi động, tiến trình đầu
tiên là init. Sau đó, init sẽ sinh ra các
tiến trình khác cần thiết cho sự hoạt
động của hệ thống.


Có 2 lệnh liên quan đến việc hình thành
các tiến trình là lệnh fork và lệnh execve
QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

Lệnh fork cho phép hình thành 1 tiến trình con
giống hệt tiến trình cha, cùng hoạt động song
song và được HDH đối xử như nhau.

Hai tiến trình cha và con chỉ khác nhau về PID
(Process Idenfication). Nếu PID = 0 thì là tiến
trình cha. Nếu PID # 0 là tiến trình con.

Lệnh execve thay thế một tiến trình bằng 1
tiến trình khác.

Một tiến trình kết thúc bằng cách gọi lệnh exit
và tiến trình cha của nó có thể chờ sự kiện này
bằng cách sử dụng lời gọi hệ thống wait.
QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

Kiểm soát tiến trình bằng Khối kiểm soát chịu trách
nhiệm đồng bộ hoá sự tương tác liên tiến trình, quản lý
bộ nhớ, lập lịch thực hiện đối với tiến trình đang tồn tại.

Process Scheduler- SCHED: Bộ phân thời cho tiến trình
chịu trách nhiệm chia sẻ thời gian sử dụng CPU cho tất
cả các tiến trình.

Được chia thành 4 module:

•
Module luật định: Phân xử xem tiến trình nào được
quyền truy xuất CPU
•
Module phụ thuộc kiến trúc: Trì hoãn hay thừa nhận
một tiến trình
•
Module độc lập kiến trúc: Thiết lập bộ nhớ ảo cho các
tiến trình được phục hồi
•
Module hàm gọi hệ thống:Gồm các hàm mà người sử
dụng dùng để tương tác với SCHED
QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

Hệ tin học phân tán có nhiều công việc đòi hỏi
phải thực hiện bằng liên tiến trình. Ống là cơ
chế liên lạc tiến trình rất đặc trưng của HĐH
Unix và cho phép trao đổi các luồng thông tin 1
chiều và ổn định giữa 2 tiến trình.

Trong trường hợp quản lý các tiến trình không
ở trạng thái liên lạc nhau thì hệ Unix sử dụng
cơ chế Socket
QUẢN LÝ BỘ NHỚ

Quản lý bộ nhớ theo trang cho các yêu cầu:
•
Cơ chế cho các tác vụ bộ nhớ trong
•
Ra các quyết định về scheduling của CPU.


Ngoài ra, còn sử dụng cơ chế Swapping nếu hệ thống bị
quá trang.

Cơ chế Swapping: Dùng để xử lý xung đột giữa các tiến
trình trong khi dùng bộ nhớ.
•
Nếu có nhiều xung đột diễn ra thì hệ sẽ sơ tán bớt các
tiến trình ra bộ nhớ phụ hoặc bộ nhớ bổ sung.
•
Việc cung cấp bộ nhớ chính và không gian swap được
tiến hành theo chiến lược đầu tiên tìm thấy.
•
Nếu 1 tiến trình ở quá lâu trong bộ nhớ thì tiến trình đó
được ưu tiên chuyển ra bộ nhớ phụ. Nếu không tìm
thấy tiến trình nào như vậy thì tất cả các tiến trình được
xét trên cơ sở “thâm niên”
QUẢN LÝ BỘ NHỚ

Cơ chế phân trang: Việc phân trang khi có yêu
cầu thực hiện một cách trực tiếp.
•
Khi có 1 tiến trình muốn sử dụng một trang mà
trang đó không tìm thấy trong bộ nhớ chính, nó sẽ
phát sinh một trang ngầm định cho hạt nhân
QUẢN LÝ TỆP TIN

HĐH Unix tổ chức các tập tin theo thư mục có
cấu trúc hình cây.


Hệ thống quản lý tập tin dùng để xử lý 2 đối
tượng cơ bản là tập tin và thư mục.

Đơn vị cơ bản của các tập tin trong hệ Unix là
khối dữ liệu. Các khối này chứa tất cả các
thông tin mà người sử dụng muốn đặt vào
trong tập tin
THUẬT TOÁN
QUẢN LÝ NHIỀU BẢN SAO

Đặc điểm của sự tồn tại nhiều bản sao
trong hệ phân tán:
•
Cập nhật thông tin diễn ra ở 1 trạm
nào đó phải được tiến hành cho tất cả
các trạm.
•
Tránh trường hợp các thao tác trên 2
bản sao khác nhau nhưng chứa cùng 1
thông tin được truy cập bởi 2 hay
nhiều nhiều yêu cầu dẫn đến không
gắn bó.
THUẬT TOÁN
QUẢN LÝ NHIỀU BẢN SAO

Nội dung của quản lý nhiều bản sao là các
giải pháp cho phép tự động hóa công việc
kiểm tra tính hợp thức của truy cập, khôi
phục, cập nhật thông tin, an toàn cho các bản
sao…


Các thuật toán:
•
Thuật toán áp dụng then cài
•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ dấu
•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ bộ
tuần tự tuần hoàn
•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó mạnh
BÀI TẬP

Yêu cầu:
•
Sửa đổi các thuật toán khác nhau để quản lí
việc sao chép nhiều bản nhằm cho phép một
trạm rút lui theo ý muốn ra khỏi mạng, rồi lại
vào lại trong mạng và cập nhật bản sao vốn
có của mình.
•
Đặc biệt ta sẽ phải chi tiết hoá các thông
điệp trao đổi giữa các trạm thực hiện công
việc rút ra (hay đưa vào) và các trạm khác
của mạng.
BÀI TẬP

Phân tích:
•
Trạm rút ra khỏi mạng:

•
Yêu cầu không được thay đổi tính gắn bó
•
Kiểm tra tính gắn bó, khả năng rút lui ảnh
hưởng tới các trạm và hệ như thế nào
•
Trạm vào lại mạng và cập nhật lại bản sao:
•
Yêu cầu không được thay đổi tính gắn bó
•
Kiểm tra tính gắn bó, khả năng vào lại ảnh
hưởng tới các trạm và hệ như thế nào
•
Ràng buột thêm điều kiện để việc cập nhật
bản sao không phá vỡ tính ổn định của hệ
BÀI TẬP

Chi tiết các thông điệp:
•
Thuật toán áp dụng then cài
•
Hệ thống bao gồm n trạm e1, e2,… en. Trước lúc thực
hiện mỗi sự thay đổi thuộc tính của hệ ta buộc phải có
thông điệp tương ứng để báo cho các trạm còn lại.
STT Trạm Nội dung thông điệp
1
Trạm e
j
rút Thông báo trạm e
j

rút
2
Trạm e
i
, i=1 n
i<>j
Nếu có thông điệp đến, lưu vào hàng đợi
3
Trạm e
j
vào lại
Thông báo trạm e
j
vào lại
Ghi nhớ hàng đợi còn
Cài then các đối tượng
Cập nhật các bản sao Trạm e
i
, i=1 n
i<>j
Giải phóng các trạm
4
Trạm e
i
, i=1 n
Thông báo kết thúc cập nhật
Tiếp tục hàng đợi của mình
BÀI TẬP

Chi tiết các thông điệp:

•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ dấu
•
Hệ thống bao gồm n trạm e1, e2,… en. Mỗi trạm có
đồng hồ riêng He để đánh dấu các sự kiện diễn ra trên
hệ.
STT Trạm Nội dung thông điệp
1
Trạm e
j
rút Thông báo ghi dấu E
j
trên H
e
2
Trạm e
i
, i=1 n
i<>j
Nếu có thông điệp đến, ghi dấu nhận thông điệp theo hệ thống
của mình
3
Trạm e
j
vào lại
Thông báo ghi dấu trạm e
j
vào lại
Yêu cầu cập nhật trên các trạm
4

Trạm e
i
, i=1 n
Nếu có thông điệp đến, ghi dấu nhận thông điệp e
i
vào lại theo
hệ thống của mình
Cập nhật thông tin
Thông báo kết thúc cập nhật
BÀI TẬP

Chi tiết các thông điệp:
•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ bộ tuần
tự tuần hoàn
•
Hệ thống bao gồm n trạm e1, e2,… en. Trên trạm này số thứ
tự đang được cấp phát trong bộ tuần tự tuần hoàn là T. Khi
trạm muốn vào lại trong mạng bộ tuần tự tuần hoàn cấp số
thứ tự là T’.
STT Trạm Nội dung thông điệp
1
Trạm e
j
rút
Thông điệp T, trạm rút
2
Trạm e
i
, i=1 n

i<>j
Thực hiện các thông điệp T
i
tương ứng của mình
3
Trạm e
j
vào lại
Thông điệp trạm T’, trạm vào lại
Yêu cầu cập nhật trên các trạm
Thực hiện cập nhật
Giải phóng các trạm
4
Trạm e
i
, i=1 n Thực hiện các thông điệp T
j
’ của mình
BÀI TẬP

Chi tiết các thông điệp:
•
Thuật toán đảm bảo sự gắn bó mạnh
•
Hệ thống bao gồm n trạm e1, e2,… en. Giả sử rằng hệ thống
quy định thứ tự vòng tròn ảo đang đặt vị trí bắt đầu tại trạm j
STT Trạm Nội dung thông điệp
1
Trạm e
j

rút
Thông điệp T, trạm rút
2
Trạm e
i
, i=1 n
i<>j
Thực hiện các thông điệp T
i
tương ứng của mình
3
Trạm e
j
vào lại
Thông điệp trạm T’, trạm vào lại
Yêu cầu cập nhật trên các trạm, thống nhất cho phép cập nhật
Thực hiện cập nhật
Thống nhất lại vòng tròn ảo
4
Trạm e
i
, i=1 n Thực hiện các thông điệp T
i
’ của mình
BÀI TẬP
CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE