Sistemas Distribuídos

1. Sistemas Distribuídos Walfredo Cirne Aula 4: Mais Conceitos Básicos As figuras que aparecem nesses slides são de Veríssimo&Rodrigues, reproduzidas com o consentimento dos mesmos.

2. Sincronia • O que significa sincronia? • envio de mensagens blocking  non-blocking • iteração same-time  different-time • hardware clock-driven • limite superior para execução de ações (processamento e troca de mensagens)

3. Graus de Sincronia • Assíncrono • sem limites de tempo para ações • Síncrono • ações têm limites de tempo conhecidos • Parcialmente síncrono • ações têm limites de tempo para acontecer, mas estes são desconhecidos e/ou válidos somente parte do tempo

4. Qual a gente escolhe? • Assíncrono • fácil de implementar, mas pouco útil • Síncrono • muito poderoso, mas conflita com escala, abertura, interatividade, bom uso dos recursos • usado em sistemas embarcados • Parcialmente síncrono • muito usado em computação de uso geral • semântica tipicamente não é claramente definida

5. Coordenação: Relembrando Exclusão Mútua • Semáforo S: variável não-negativa inteira que só pode se modificada pelos procedimentos up() e down() • down(S)se S > 0: decremente Ssenão: bloqueia esperando up(S) • up(S)se há alguém bloqueado: desbloqueie senão: incremente S

6. thread P1; • statement X • down(mutex); • statement Y • up(mutex); • statement Z • end P1; • thread P2; • statement A; • down(mutex); • statement B; • up(mutex); • statement C; • end P2; Usando Semáforos (* exclusão mútua *) var mutex: semaphore := 1;

7. Exclusão Mútua via Servidor de Lock • Necessário para coordenar processos e evitar “colisões” • Servidor de lock • Interessados em entrar na região crítica mandam mensagem LOCK para o servidor • O servidor só responde com LOCK-GRANTED para um processo • Processo envia UNLOCK ao sair da região • Servidor é ponto único de falhas e possível gargalo de performance • Falha no cliente também é problema

8. Exclusão Mútua via Servidor de Lock

9. Exclusão Mútua Distribuída • Usando um protocolo que garante entrega ordenada total, podemos replicar o servidor de lock em todos os processos do sistema • Podemos também eleger dinamicamente um líder para função de servidor de lock • Precisamos também pensar em como passar estado entre lideres, ou então resetar o sistema quando há troca de líder

10. Exclusão Mútua Distribuída

11. Eleição de Líder • Note a necessidade de sincronia para detecção da falha do líder!!

12. Deadlock • Deadlock ocorre quando um processo fica esperando por outro • Para deadlock é necessário ter exclusão mútua, obtém-e-espera, não-preempção, espera circular • Tudo que você conhece deadlock em sistemas concorrentes vale para sistemas distribuídos, com a complicação que você não tem uma visão global do sistema

13. Consistência • Como garantir que alguma propriedade sistêmica é válida? • Ou seja, como garantir que (ou checar se) a execução do sistema é consistente? • Para checar, podemos parar o sistema e montar um estado global • Naturalmente, isso é dispendioso • Protocolos de snapshot distribuído são uma solução bem mais eficiente para o problema

14. Consenso • Problema básico para coordenação de processos • No consenso, cada processo p propõe um valor vp e decide por um valor final fp • As propriedades de consenso são: • Acordo:  p,q que decidem: fp = fq • Validade:  p: fp = vp • Terminação: Todo processo correto decide em algum momento no futuro;

15. Consenso em um Sistema sem Falhas

16. Concorrência • “A good understanding of the memory consistency model is paramount to building correct programs” • Consistência atômica • todos os acessos são a mesma memória • Consistência seqüencial • equivalente a consistência atômica de alguma execução • indistinguível da consistência atômica se comunicação é somente via memória

17. Modelo de Memória de Java • Cada thread de Java tem memória local • Dados inexistentes na memória local são copiados da memória global • Eventualmente, dados gravados na memória local são refletidos na memória global • Ao entrar num synchronized, todos os dados da memória local são invalidados • Ao sair de um synchronized, todos os dados gravados são refletidos globalmente

18. Exemplo: Double-Checked Locking class Foo { private Helper helper = null; public Helper getHelper() { if (helper == null) synchronized(this) { if (helper == null) helper = new Helper(); } return helper; } }

19. Outro Exemplo:Objetos Ativos public class DataRace extends Thread { int a = 0; public DataRace() { this.start(); a = 1; } public void run() { System.out.println(a); } }

20. Objetos Ativos: O problema é sutil public class DataRace extends Thread { protected int a = 0; public DataRace() { a = 1; this.start(); } } public class ExtendRace extends DataRace { public ExtendRace() { super(); a = 2; } }

21. Atomicidade: Suporte a Transações • Transações são uma abstração muito poderosa tipicamente implementadas por banco de dados • Transações são ACID • Atomicity: tudo ou nada • Consistency: atualizações levam os dados de um estado consistente para outro estado consistente • Isolation: transações executadas em paralelo não vêem uma a outra • Durability: é um banco de dados, né?

22. Transações Distribuídas:Two-phase Commit