Sistemas Distribuídos - Exclusão mútua e Acesso à Região Crítica

1. SISTEMAS
DISTRIBUÍDOS
EXCLUSÃO MÚTUA,
COORDENAÇÃO E ACORDO
ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA
CAROSIA
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2. EXCLUSÃO MÚTUA
• Concorrência e colaboração são pontos chave em sistemas
distribuídos.
• Em muitos casos processos precisam acessar os mesmos
recursos.
• É preciso evitar que recursos fiquem corrompidos ou
inconsistentes.
• Garantir acesso mutuamente exclusivo a recursos por
parte dos processos.
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3. SINCRONIZAÇÃO EM
SISTEMAS DISTRIBUÍDOS
• Para tratamento de exclusão mútua e deadlocks
• Algoritmos de Ficha
• Algoritmo Centralizado
• Algoritmo Descentralizado
• Algoritmo Distribuído
• Algoritmo Token Ring
• Coordenação de acesso a regiões críticas - Algoritmos de
Eleição
• Algoritmo do Ditador
• Algoritmo do Anel
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4. EXCLUSÃO MÚTUA
Soluções baseadas em ficha
• Processos trocam mensagem especial, chamada ficha.
• Quem possuir a ficha, possui acesso ao recurso.
• Solução simples e eficaz, sem inanição ou deadlocks.
• Desvantagem quando o processo que detém a ficha falha.
Soluções baseadas em permissão
• Algoritmo Centralizado
• Algoritmo Descentralizado
• Algoritmo Distribuído
• Algoritmo Token Ring
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5. ALGORITMO
CENTRALIZADO
• Simular exclusão mútua como é feita em sistemas
centralizados.
• Um processo é escolhido como coordenador.
• Outros processos enviam mensagens ao coordenador
declarando que recursos querem usar.
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6. ALGORITMO
CENTRALIZADO
• Se o recurso estiver livre o coordenador concede acesso
ao recurso.
• Se o recurso estiver ocupado, nega por omissão ou
enviando mensagem.
• Ponto falho: se o coordenador falhar todo o sistema cai.
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7. ALGORITMO
CENTRALIZADO
O processo 1 solicita ao coordenador permissão para
acessar um recurso compartilhado.
A permissão é concedida.
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8. ALGORITMO
CENTRALIZADO
Depois o processo 2 solicita permissão para acessar o
mesmo recurso. O coordenador não responde.
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9. ALGORITMO
CENTRALIZADO
Quando o processo 1 libera o recurso. Informa ao
coordenador , que então responde 2.
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10. ALGORITMO
DESCENTRALIZADO
• Um único coordenador costuma ser uma abordagem ruim.
• Solução: coordenador descentralizado.
• Assume-se (hipoteticamente) que cada recurso está
replicado.
• Cada processo coordena o acesso ao recurso.
• Processo interessado no recurso deve ter m > n/2 votos
concedendo acesso.
• Corretude do algoritmo baseado em probabilidade de acerto.
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11. ALGORITMO
DISTRIBUÍDO
• Exclusão Mútua no acesso de recursos compartilhados em
sistemas distribuídos
• Para qualquer evento no sistema não deve haver
ambiguidade sobre qual processo solicitou o recurso
ocorreu primeiro.
• Quando um processo quer acessar um recurso
compartilhado, monta uma mensagem com:
• Nome do recurso
• O número do processo
• Hora corrente
• Depois, envia a mensagem a todos os outros processos e
para ele mesmo
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12. ALGORITMO
DISTRIBUÍDO
Três situações podem ocorrer:
• Se o receptor não estiver acessando o recurso e não quiser acessá-lo:
• Devolve uma mensagem OK ao remetente.
• Se o receptor já tiver acesso ao recurso:
• Coloca a requisição em uma fila.
• Se o receptor também quiser acessar o recurso, mas ainda não
acessou:
• Compara a marca de tempo da mensagem que chegou com a marca de
tempo contida na mensagem que enviou para todos.
• A mais baixa vence.
• Se a marca de tempo da mensagem acabou de chegar for mais baixa, o
receptor devolve uma mensagem OK.
• Se a marca de tempo de sua própria mensagem for mais baixa, o
receptor enfileira a requisição que está chegando e nada envia.
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13. ALGORITMO
DISTRIBUÍDO
Dois processos querem acessar um recurso compartilhado
no mesmo momento.
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14. ALGORITMO
DISTRIBUÍDO
O processo 0 tem a marca de tempo mais baixa, portanto
vence.
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15. ALGORITMO
DISTRIBUÍDO
Quando o processo 0 conclui, também envia uma
mensagem OK, portanto, agora 2 pode seguir adiante.
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16. ALGORITMO TOKEN RING
• Admite-se uma “rede de barramento” de processos sem
ordenação.
• Anel lógico é construído via software, cada processo é
atribuído a uma posição no anel.
• Não importa a ordenação, apenas que cada processo saiba
qual processo vem depois dele.
• Na inicialização do anel o processo 0 recebe uma “ficha”.
• A “ficha” trafega pelo anel do processo “k”para o processo
“k+1”.
• Quando um processo adquire o token de seu vizinho, ele
verifica se necessita acessar a região.
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17. ALGORITMO
TOKEN RING
(a) Grupo de processos não ordenados em uma rede.
(b) Um anel lógico é construído em software.
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18. COMPARATIVO ENTRE
OS ALGORITMOS
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19. SINCRONIZAÇÃO EM
SISTEMAS DISTRIBUÍDOS
•Coordenação de acesso a regiões críticas - Algoritmos de
Eleição
• Algoritmo do Ditador
• Algoritmo do Anel
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20. ALGORITMOS DE
ELEIÇÃO
• Muitos algoritmos distribuídos requerem um coordenador.
• Qualquer processo pode ser escolhido, no entanto um
deles precisa ser escolhido.
• Premissas:
• Cada processo tem um número de processo exclusivo.
• Um processo por máquina.
• Todo processo sabe o número de todos os outros.
• Algoritmos tradicionais
• Algoritmo do Ditador (ou Maioral)
• Algoritmo do Anel
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21. ALGORITMO DO
DITADOR
Assume-se que cada processo conhece o número dos
demais processos
• Casa processo sabe quem é o seu sucessor.
• Quando um processo P, nota que o coordenador não está
respondendo, ele inicia uma eleição.
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22. ALGORITMO DO
DITADOR
P envia uma mensagem de ELEIÇÃO para todo processo
com número maior que o seu.
• Se ninguém responde o processo P vence a eleição e se
torna coordenador.
• Se um com número mais alto responde, P sai do processo.
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23. ALGORITMO DO
DITADOR
(a) O processo 4 convoca uma eleição.
(b) Os processos 5 e 6 respondem e mandam 4 parar.
(c) Agora cada um 5 e 6 convoca uma eleição.
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24. ALGORITMO DO
DITADOR
(d) Processo 6 manda 5 parar.
(e) Processo 6 vence e avisa ao demais.
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25. ALGORITMO DO ANEL
Diferente da maioria, este algoritmo de anel não usa ficha e
considera a ordenação
Quando um processo nota que não há coordenador
• Processo envia mensagem “ELEIÇÃO” para sucessor (no
anel)
• Se PID do remetente > PID do destinatário, mensagem é
passada adiante
• Se PID do remetente < PID do destinatário, este passa a
participar da eleição
• A certa altura a mensagem volta ao último processo que
entrou na disputa (maior PID), que será o novo coordenador
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26. ALGORITMO DO ANEL
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27. SISTEMAS
DISTRIBUÍDOS
EXCLUSÃO MÚTUA,
COORDENAÇÃO E ACORDO
ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA
CAROSIA
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