Tiểu luận môn hệ phân tán Vấn đề nhiều bản sao trong điều kiện truy cập lớn

1
CBHD:
PGS.TS.LÊ VĂN SƠN
HV:
NGUYỄN QUANG




2

Vấn đề nhân bản các đối tượng dữ liệu

Với hệ phân tán, thời gian truy cập trung
bình vào hệ thông tin phân tán sẽ được rút
ngắn, trong một số trường hợp, nhờ vào
phương pháp nhân nhiều bản và được gọi
là nhân nhiều bản sao của một đối tượng
thông tin.

Cần phân biệt hai trường hợp khác nhau
được thể hiện sau đây.
3
Trường hợp 1
Hình 1. Đa xử lý với bộ nhớ chung

Mỗi một bộ xử lý đều có
bộ nhớ cục bộ của mình
(cache), dùng để sao chép
lại các vùng đang làm việc
của bộ nhớ chung.


Một chương trình thể
hiện thuật toán thay thế
đảm nhiệm nhiệm vụ làm
mới các bộ nhớ cục bộ.

Trường hợp có nhiều bộ
xử lý, muốn truy cập vào
cùng một đối tượng, ta sử
dụng như là sự tham chiếu
đến phiên bản của đối
tượng tìm thấy trong bộ
nhớ chung.
L
B
cb
B
cb
B
ch
L
Bộ xử lý
Bộ nhớ
cục bộ
(e)
Bộ nhớ
chung
(e)
4
Trường hợp 1 (tt)

L
B
cb
B
cb
L
Bộ xử lý
Bộ nhớ cục
bộ
(e)
Máy client
Hình 2. Hệ truy cập từ xa thông qua máy server
B
ch
Bộ nhớ
chung
(e)
L
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
Máy Server
5

Một đối tượng được đưa vào trên một trạm
xác định và được quản lý bởi một server cục bộ
trên trạm này.

Khi một tiến trình ở xa muốn sử dụng đối
tượng, nó yêu cầu server cho một bản sao
thông qua hệ thống viễn thông.


Sau khi sử dụng xong, tiến trình phải gửi lại
cho server một phiên bản đã được sửa đổi của
đối tượng.
 Trong hình 1 và 2 xét theo chức năng là
giống nhau. Đó là trường hợp một bản duy
nhất của đối tượng là một đặc quyền.
6
Trường hợp 2 : Thể hiện tính cân đối giữa các người sử dụng
tài nguyên thông tin của mạng

Tại đây, tất cả các bản
đóng vai trò đối xứng.

Công việc được tiến
hành theo kiểu này cho
phép rút ngắn thời gian
truy cập, nếu số lần truy
cập để đọc lớn hơn số lần
truy cập để ghi và vì lý do
thuận lợi sử dụng theo
nghĩa có sẵn để dùng
Hình 3. Hệ đối xứng
L
L
… …
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
L
L
L
L

e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
… …
L
L
L
L
L
L
7

Từ việc cập nhật các bản sao, ta rút ra các đặc điểm
quan trọng sau đây:

Khi chỉ tồn tại một bản tập trung đặc quyền,
việc thay đổi đối tượng thực hiện trên một trong
các bản sao sẽ được sao lại ngay lập tức vào
bản chính.

Với các phương pháp ghi khác, các thay đổi

tương ứng của một bản sao đối tượng cục bộ chỉ
được sao lại trên bản chính.

Khi thuật toán thay thế được thực hiện, cung
cấp lại các bản ghi bị chiếm bởi bản sao cục bộ.

Khi không tồn tại bản đặc quyền, ta có thể gặp
các trường hợp không gắn bó thông tin.
8

Trường hợp thứ 2 làm phát sinh 2 yêu cầu mới:

Toàn bộ giao dịch thay đổi bản sao của đối tượng
cần phải chép lại càng sớm càng tốt thay đổi đó trên
tất cả các bản sao khác

Việc cập nhật tức thì của tất cả các bản sao là
không cần thiết.
9

Trong tất cả các trường hợp, một giao dịch
tham chiếu trạng thái một đối tượng, thực hiện
xuất phát từ một trạm trên bản cục bộ, cần phải
cung cấp :

Hoặc là một giá trị cập nhật của tất cả các
thay đổi diễn ra trước tham chiếu

Hoặc là một giá trị đã cũ, nhưng lại là giá
trị được cập nhật ở thời điểm trước đó.


Sự tham chiếu không bao giờ phải cung cấp
một giá trị xuất phát từ việc thực hiện từng phần
của một giao dịch.
10
MT S THUT TON QUN Lí NHIU BN SAO
TRONG IU KIN S LNG TRUY CP LN
t
1
t
1
t
2
t
2

t
q
t
q
b
1m
b
1m
b
12
b
12

b

11
b
11
S
1
S
1
b
21
b
21
b
22
b
22

b
2m
b
2m
S
2
S
2
b
n1
b
n1
b
n2

b
n2

b
nm
b
nm
S
n
S
n
Heọ thoỏng vieón
thoõng
S h thng nhiu bn sao
11
bij: i =1 n, j=1 m,
trong đó : i chỉ server,
j chỉ bản sao
n là số lượng server được mắc nối trong mạng.
m là số lượng các đối tượng dữ liệu.
tk, k=1 q, k là trạm và q là số trạm được mắc nối
Các ràng buộc trên các bản sao :
Trên bản sao của 1 đối tượng
e1 = e2 = e3 = = en
Trên các bản sao của toàn bộ các đối tượng
e11 = e21 = = en1
e12 = e22 = = en2

e1m = e2m = = enm
12

Giả sử với trường hợp có n bản sao b1, b2, …, bn của đối
tượng e, để tham chiếu đến e, cần phải thực hiện giao
dịch:
v_doc(e
i
)
doc(e
i
)
giai_phong(e
i
)
Để thực hiện việc cập nhật vào các bản sao, ta cần
phải cài then chúng một cách hợp thức theo kiểu loại trừ.
Để cho i:=1 đến n thực hiện việc v_viet(e
i
)
<Thực hiện các cập nhật và chép chúng vào tất cả
các bản>
Để cho i:=1 đến n thực hiện giai_phong(e
i
)
13

Thuật toán xử lý các thao tác đọc
Các thao tác đọc - ghi
Việc xử lý trạng thái điều khiển do trạm nhận tiến hành
trên cơ sở tham chiếu thông tin trong bản điều khiển
Thùc hiÖn viÖc cËp nhËt
th«ng tin

trªn b¶n ®iÒu khiÓn B
caithen(B)
Khãa b¶n ®iÒu khiÓn
B
Më khãa b¶n ®iÒu
khiÓn
giaiphong(B)
Capnhat(B)
14
Sơ đồ tổng quát
xử lý nhiều bản sao
B¾t ®Çu
XỬ LÝ THÔNG ĐIỆP
XỬ LÝ THÔNG ĐIỆP
XỬ LÝ TRẠNG
THÁI ĐIỀU KHIỂN
XỬ LÝ TRẠNG
THÁI ĐIỀU KHIỂN
LỖI
TỰ ĐỘNG SỬA
LỖI
TỰ ĐỘNG SỬA
LỖI
OK
XỬ LÝ VÀ CHỌN
GT THÍCH HỢP
XỬ LÝ VÀ CHỌN
GT THÍCH HỢP
PHÁT THÔNG
ĐIỆP

PHÁT THÔNG
ĐIỆP
LẶP
LẠI
KẾT
THÚC
THỰC HIỆN GIẢI
THUẬT GT
i
THỰC HIỆN GIẢI
THUẬT GT
i
XONG
S
Đ
S
Đ
S
Đ
S
Đ
15
Vic x lý trng thỏi iu khin do tỏc t nhn tin hnh trờn c s tham chiu
thụng tin trong bn iu khin v theo yờu cu th hin trong hỡnh 4:
Thực hiện việc cập nhật thông tin
trên bản điều khiển B
caithen(B)
Khóa bản điều khiển B
Mở khóa bản điều khiển
giaiphong(B)

Capnhat(B)
Hỡnh 4. Trỡnh t thc hin cp nht bn iu khin
Thuật toán xử lý các thao tác đọc, các thao tác đọc-ghi
16
1
1
TIẾP CẬN YÊU CẦU CẬP NHẬT ĐẾN TỪ SERVER HAY
WORKSTATION. KIỂM TRA, XỬ LÝ LỖI VÀ C.BỊ CÁC THAM SỐ KT
TIẾP CẬN YÊU CẦU CẬP NHẬT ĐẾN TỪ SERVER HAY
WORKSTATION. KIỂM TRA, XỬ LÝ LỖI VÀ C.BỊ CÁC THAM SỐ KT
2
2
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH THỨ TỰ CẬP NHẬT THÔNG TIN VÀO BẢN
SAO
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH THỨ TỰ CẬP NHẬT THÔNG TIN VÀO BẢN
SAO
3
3
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG BẢN SAO ĐƯỢC ỦY QUYỀN CẬP
NHẬT.
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG BẢN SAO ĐƯỢC ỦY QUYỀN CẬP
NHẬT.
4
4
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA TẤT CẢ CÁC TRẠM VÀ
SERVER KHI KHỞI SỰ TẤT CẢ PHẢI Ở TRẠNG THÁI NGHỈ.
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA TẤT CẢ CÁC TRẠM VÀ
SERVER KHI KHỞI SỰ TẤT CẢ PHẢI Ở TRẠNG THÁI NGHỈ.
5
5

PHÁT KHẲNG ĐỊNH CẬP NHẬT VÀ CHUYỂN SANG TRẠNG THÁI
HOẠT ĐỘNG THEO TRÌNH TỰ ĐƯỢC XÁC ĐỊNH TRƯỚC.
PHÁT KHẲNG ĐỊNH CẬP NHẬT VÀ CHUYỂN SANG TRẠNG THÁI
HOẠT ĐỘNG THEO TRÌNH TỰ ĐƯỢC XÁC ĐỊNH TRƯỚC.
6
6
CẬP NHẬT BẢN SAO
CẬP NHẬT BẢN SAO
Các bước thể hiện công việc xử lý thông tin điều khiển
17
Thuật toán kiểm tra và
cập nhật bản sao thể hiện
bằng các khối trong hình
vẽ. Sơ đồ xử lý cập nhật
nhiều bản sao, trong đó
mỗi khối có thể xây dựng
một thủ tục hoặc hàm
chuyên biệt.
B¾t ®Çu
TỒN TẠI BẢN
SAO
TRUY CẬP THÔNG
TIN VỀ CẤU TRÚC
XÁC ĐỊNH ĐỘ DÀI
CỦA INFORMATION
HỢP THỨC
PHÁT THÔNG ĐIỆP
CHO TRẠM GỬI
Đ
S

Đ
TRẠNG THÁI VẬT
LÝ [O/I]
S
PHÉP ĐẶC
BIỆT
TRẠNG THÁI CHỜ
S Đ
Đ
S
OK2
S
Đ
THỰC HIỆN OPEN
VẬT LÝ [KT1]
OK1
PHỤC HỒI
BẢN SAO
S
Đ
ĐỊNH VỊ CẬP NHẬT
LOCK [MỨC
RECORD]
CHUYỂN GIÁ TRỊ VÙNG
NHỚ VÀO BẢN SAO
UNLOCK RECORD
THAO TÁC KỸ
THUẬT [KT2]
KẾT THÚC
18

KẾT LUẬN

Vấn đề cập nhật các bản sao đã:

Được nghiên cứu khá rộng rãi.

Được ứng dụng vào thực tế, như thương mại
điện tử, chính phủ điện tử

Mô hình hệ thống quản lý nhiều bản sao giống
nhau trên môi trường phân tán.

Các giải thuật được nghiên cứu trên đã đáp ứng
các yêu cầu của một hệ thống phức tạp với lượng
thông tin lớn.

Được ứng dụng như là các nguyên lý cơ bản cho
các hệ thống tệp tin phân tán, các cơ sở dữ liệu phân
tán… hiện nay.