Sistemas Distribuidos

Sistemas Distribuidos Tema: Exclusión Mutua Edgar Adrian Esquivel Mendiola CINVESTAV, Tamaulipas

Problema de Exclusión Mutua • Acceso exclusivo a algun recurso compartido en una red de procesos. • Posibles soluciones • Shared Memory • Message-passing • Ejemplos: • Impresión de documentos. • Manejo de archivos compartidos. • CSMA/CD usado para conexiones en Ethernets. Sistemas Distribuidos

Solución usando paso de mensajes P1 P2 petición respuesta Coordinador Cola de peticiones 2 2 2 2 1 1 1 1 4 4 4 4 petición Controlados por coordinador P4 P2 respuesta respuesta liberación petición P3 P5 petición P4 P1 P3 2 1 4 Sistemas Distribuidos Algoritmos descentralizados

El problema consiste en diseñar un protocolo que satisfaga las siguientes condiciones: • ME1. [Mutual exclusion] A lo más un proceso puede permanecer en su CS(sección critica) en cualquier momento. Esta es una propiedad de seguridad. • ME2. [Freedom from deadlock] En todas las configuraciones, por lo menos un proceso debe ser elegible para tomar una acción y entrar en su sección crítica. Esta es también una propiedad de seguridad. • ME3. [Progress] Cada proceso tratando de entrar en su CS debe eventualmente triunfar. Esta es una propiedad de vivacidad. Sistemas Distribuidos

LAMPORT • LA1. Para solicitar la entrada a la CS (sección crítica), un proceso envía un mensaje de solicitud con una marca de tiempo a cada uno de los procesos en el sistema e introduce la petición en su cola Q local. • LA2. Cuando un proceso recibe una petición, la coloca en su Q. Si el proceso no esta en la sección critica, entonces envía un acuse de recibido con una marca de tiempo al emisor . En otro caso, aplaza el envió del acuse de recibido hasta que sale de la sección crítica. • LA3. Un proceso entra en la sección crítica cuando: • (i) su petición esta ordenada adelante de las otras peticiones(i.ela marca de tiempo de su propia petición es menor que la marca de tiempo de los otros procesos) en su cola local, y • (ii) ha recibido el acuse de los demás procesos en respuesta de su petición actual. • LA4. Para salir de la CS un, proceso(i) elimina la petición de su cola local, y(ii) envía un mensaje de liberación a los demás procesos. • LA5. Cuando un proceso recibe un mensaje de liberación, remueve la correspondiente petición de su cola. Sistemas Distribuidos

Características del Mensaje • El cuerpo del msg (mensaje) se compone de 3 campos: • Emisor: quien envía el mensaje. • Tipo: petición | liberación | acuse. • Ts (timeStamp): marca de tiempo asignada por el emisor. Sistemas Distribuidos

Ejemplo LAMPORT 1 4 P1 P2 Petición 1 4 Petición Petición Petición P3 P4 Petición 1 4 Petición 1 4 Sistemas Distribuidos

RICART–AGRAWALA • RA1. Cada proceso que busca entrar a la region critica, envia un mensaje de peticion con marca de tiempo a los demas procesos en el sistema. • RA2. Cuando un proceso recibe una petición envía un acuse de recibido al emisor, solo cuando(i) el proceso no esta interesado en entrar a la sección critica, o(ii) el proceso esta intentando a la CS, pero su marca de tiempo es mas grande que la del emisor. Si el proceso se encuentra en la CS, entonces almacenara todas las peticiones hasta su salida de la CS. • RA3. Un proceso entra en la CS, cuando recibe un acuse de las restantes n−1 procesos. • RA4. Una vez que sale de la SC, un proceso debe enviar un acuse a cada una de las pendientes peticiones antes de hacer una nueva petición o ejecutar otras acciones. Sistemas Distribuidos

Solución de RICART–AGRAWALA P1 CS respuesta Petición (ts:2, P1) respuesta P2 Petición (ts:1, P3) respuesta Petición (ts:2, P1) respuesta Petición (ts:1, P3) P3 CS Queue (ts:2, P2) Sistemas Distribuidos

MAEKAWA • MA1. Para entrar a la sección critica, un proceso iprimero envía un mensaje de petición con marca de tiempo a cada proceso de Si. • MA2.Un proceso (fuera de la sección critica) que recibe peticiones envía un acuse de recibido al proceso del cual su petición tiene la marca de tiempo mas baja. Se bloquea a si mismo para otros procesos y mantiene todas las demás peticiones en esperando en la cola de peticiones. Si el nodo que recibió se encuentra en la sección critica, entonces el acuse de recibido es aplazado. • MA3. Un proceso entra en CS cuando recibe acuse de todos los demás procesos de Si. • MA4. Durante la salida de CS, el proceso envía un mensaje de liberación a los demás procesos de Si. • MA5. Una vez recibido un mensaje de liberación del proceso i, el proceso se desbloquea a si mismo, elimina la petición actual , y envía un acuse de recibido a el proceso que tiene la marca de tiempo mas baja. Sistemas Distribuidos

Solución de MAEKAWA Sistemas Distribuidos

Solución de MAEKAWA • Por ejemplo, G(a) = {b, d, e}; G(c) = {a, b, f}; G(g) = {c, d, f} • Digamos que a, c, g hacen peticiones simultaneas • El sitio b responde positivamente a a • El sitio b encola la respuesta al sitio c hasta que obtiene una respuesta de a, pero podría enviar respuestas positivas al sitio a • Mientras que el sitio f responde positivamente a el sitio g, pero debe encolar la respuesta para el sitio c. • Eventualmente, el sitio a enviara una respuesta a los nodos de su subconjunto, y el sitio b entonces respondera positivamente al sitio c. Sistemas Distribuidos

TOKEN PASSING ALGORITHMS • Solo el proceso que tiene el token puede entrar a la sección critica. • Para entrar a la sección critica, se espera pasivamente el token. Cuando esta en la sección critica, mantiene el token. • Para salir de la CS, el proceso envía el token al vecino. • Si un proceso no necesita entrar a la sección critica cuando recibe el token, lo pasa a el siguiente proceso. Token Sistemas Distribuidos

SUZUKI–KASAMI ALGORITHM • Se asume que inicialmente un proceso arbitrario posee el token. Un proceso i que no tiene el token pero quiere entrar a la CS , transmite una petición (i, num), donde num es el numero de secuencia de la petición. El algoritmo garantiza que eventualmente cada proceso i recibe el token. • Cada proceso i mantiene un arreglo req[0,…, n-1] de enteros, donde req[j] designa el numero de secuencia de la ultima petición recibida del proceso j. Sistemas Distribuidos

req[1,1,1,0,0] req[1,0,0,0,0] req[1,0,0,0,0] req[1,1,1,0,0] P1 P1 P1 P1 P2 P2 P2 P2 Last[0,0,0,0,0] Last[0,0,0,0,0] req[1,0,0,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,0,0,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,0,0,0,0] p4 p4 p4 p4 p3 p3 p3 p3 Proceso p2 y p3 envía petición Proceso p1 envía petición p5 p5 p5 p5 req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] Last[1,0,0,0,0] Last[1,0,0,0,0] Q(3) Q(2,3) req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] req[1,1,1,0,0] P1 se prepara para salir P1 se prepara para salir

SUZUKI–KASAMI ALGORITHM • Cada proceso usa las siguientes dos estructuras de datos que son pasadas con el token por el proceso actual: • Un arreglo last[0,...,n-1] de enteros, donde last[k]=r implica que durante su ultima visita a la CS, el proceso k ha completado el ciclo rth. • Una cola Q que contiene identificadores de procesos con peticiones pendientes. Sistemas Distribuidos

Algoritmo de RAYMOND 1 2 3 10 13 4 7 11 12 14 15 5 6 8 9 Sistemas Distribuidos

Algoritmo de RAYMOND • Los algoritmos trabajan en una red con topología de árbol. • El nodo que mantiene el token sirve como el nodo raíz, cada arista tiene asignada una dirección, siguiendo la dirección de estas aristas la petición llega a la raíz. • Si la raíz cambia de un proceso a otro también la dirección de las aristas cambia. • Cada proceso tiene una cola Q en donde almacena las peticiones de sus hijos. Sistemas Distribuidos

Algoritmo de RAYMOND • R1. Cuando un nodo tiene el token, entra en la seccion critica. En otro caso, para entrar a la seccion critica, el nodo i registra la peticion en su cola local Q. • R2. Cuando un nodo j (que no tiene el token) tiene la cola Q de peticiones no vacia, envia una peticion a su soporte, a menos que j ya lo haya hecho y este esperando el token. • R3. Cuando la raíz recibe una peticion, envia el token a el vecino que se encuentra en su Q local si ha acompletado su propia CS. Entonces otorga la variable soporte a ese vecino. • R4.Al recibir un token, el nodo j lo envia a su vecino que esta en la cebecera de su Q local, y elimina la peticion de Q, y da la viable soporte a ese vecino. Si hay peticiones pendientes en Q, entonces j envia otra peticion a su soporte. Sistemas Distribuidos

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