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Locks. Mecanismo de sincronização entre threads. Muito utilizado em operações de transações. Transações devem ser programadas de modo que seus efeitos.

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1 Locks

2 Mecanismo de sincronização entre threads. Muito utilizado em operações de transações. Transações devem ser programadas de modo que seus efeitos sobre dados compartilhados sejam equivalentes em série.

3 Instructors Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 © Addison-Wesley Publishers 2005 Transaction life histories SuccessfulAborted by clientAborted by server openTransaction operation server aborts transaction operation operation ERROR reported to client closeTransactionabortTransaction

4 Controle Concorrência Um problema bem conhecidos de transações concorrentes no contexto do exemplo do banco: – lost update Como este problema pode ser evitado usando-se equivalência serial de execuções de transações ?

5 Operações Assuminos que cada das operações deposit, withdraw, getBalance, setBalance, é uma synchronized operação, isto é, seus efeitos sobre a variável de instância que registra o balance (saldo) de uma conta é atômico.

6 O problema lost update Sejam as contas A, B e C. Sejam duas transações T e U sobre as contas A, B e C. Os valores iniciais de balance são: – A igual a $100, – B igual a $200, – C igual a $300.

7 O problema lost update A transação T transfere um valor da conta A para a conta B. A transação U transfere um valor da conta C para a conta B. Em ambos os casos, o valor transferido é calculado para aumentar o saldo (balance) de B em 10%.

8 Observação da Figura Daqui para frente, são mostradas as operações que afetam a variável balance (saldo) de uma conta, nas sucessivas linhas das seguintes figuras.

9 Observação da Figura E o leitor da figura deve assumir que uma operação, numa linha em particular, é executada num tempo posterior do que a linha acima.

10 Instructors Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 © Addison-Wesley Publishers 2005 The lost update problem Transaction T : balance= b.getBalance(); b.setBalance(balance*1.1); a.withdraw(balance/10) Transaction U : balance= b.getBalance(); b.setBalance(balance*1.1); c.withdraw(balance/10) balance=b.getBalance(); $200 balance= b.getBalance() $200 b.setBalance(balance*1.1) $220 b.setBalance(balance*1.1) $220 a.withdraw(balance/10) $80 c.withdraw(balance/10) $280

11 Resultado Correto! O efeito sobre a conta B de executar as transações T e U, deve ser para aumentar o balance (saldo) de B em 10%, duas vezes. Assim, o valor final deveria ser $242.

12 Resultado ! Os efeitos de permitir as transações T e U rodarem concorrentemente como na figura lost update, ambas as transações obtém o balance de B como $200 e então deposit $20. O resultado é incorreto, aumentando o balance de B em $20 ao invés de $42.

13 Por que ?? Erro !!! O update de U é perdido porque T sobrescreve balance de B sem ver o update de U. Ambas as transações tem de ler o valor inicial de balance de B, antes de qualquer delas escrever o novo valor de balance de B.

14 The lost update problem O problema de lost update ocorre quando duas transações T e U lêem o valor velho de uma variável (balance) e então usa ele para calcular o novo valor dessa variável (balance).

15 The lost update problem Isto não pode acontecer, se uma transação é realizada antes da outra, porque a última transação lerá o valor escrito pela última transação.

16 Resolvendo lost update Pode-se resolver o problema lost update por meio de uma equivalência serial de intercalações de transações T e U.

17 Instructors Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 © Addison-Wesley Publishers 2005 A serially equivalent interleaving of T and U T Transaction balance = b.getBalance() b.setBalance(balance*1.1) a.withdraw(balance/10) U Transaction balance = b.getBalance() b.setBalance(balance*1.1) c.withdraw(balance/10) balance = b.getBalance() $200 b.setBalance(balance*1.1) $220 balance = b.getBalance() $220 b.setBalance(balance*1.1) $242 a.withdraw(balance/10) $80 c.withdraw(balance/10) $278

18 A serially equivalent interleaving of T and U A figura anterior mostra uma intercalação na qual as operações que afetam uma conta compartilhada, B, são realmente seriais. Ou seja, a transação T faz todas as suas operações sobre B, antes da transação U fazer.

19 A serially equivalent interleaving of T and U Uma outra intercalação de T e U que tem esta propriedade é uma na qual a transação U completa suas operações sobre a conta B, antes da transação T iniciar.

20 Locks Um servidor pode obter equivalência em série das transações, dispondo em série o acesso aos objetos.

21 Equivalência em Série A figura seguinte mostra um exemplo de como a equivalência serial pode ser obtida com certo grau de concorrência. As transações T e U acessam a conta B, mas T conclui seu acesso antes que U comece a acessá-la.

22 Instructors Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 © Addison-Wesley Publishers 2005 A serially equivalent interleaving of T and U T Transaction balance = b.getBalance() b.setBalance(balance*1.1) a.withdraw(balance/10) U Transaction balance = b.getBalance() b.setBalance(balance*1.1) c.withdraw(balance/10) balance = b.getBalance() $200 b.setBalance(balance*1.1) $220 balance = b.getBalance() $220 b.setBalance(balance*1.1) $242 a.withdraw(balance/10) $80 c.withdraw(balance/10) $278

23 Equivalência Serial Como implementar no computador ??? Usa-se, para controle de concorrência, o mecanismo de Locks.

24 Locks (Travas) Um exemplo simples de mecanismo para a disposição das tranasações em série, é o uso de locks (travas) exclusivos. Nesse esquema, o servidor tenta impedir o acesso (travar) a qualquer objeto que esteja para ser usado por qualquer operação da transação de um cliente.

25 Locks Se um cliente solicitar o acesso a um objeto que já está travado devido a transação de outro cliente, o pedido será suspenso e o cliente querendo acessar, deverá esperar até que o objeto seja destravado. A próxima figura mostra o uso de locks (travas) exclusivos.

26 Transactions T and U with exclusive locks Instructors Guide for Coulouris, Dollimore and Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 4 © Addison-Wesley Publishers 2005 Transaction T : balance = b.getBalance() b.setBalance(bal*1.1) a.withdraw(bal/10) Transaction U : balance = b.getBalance() b.setBalance(bal*1.1) c.withdraw(bal/10) OperationsLocksOperationsLocks openTransaction bal = b.getBalance() lockB b.setBalance(bal*1.1) openTransaction a.withdraw(bal/10) lockA bal = b.getBalance() waits forTs lock onB closeTransaction unlock A,B lock B b.setBalance(bal*1.1) c.withdraw(bal/10)lock C closeTransaction unlock B, C

27 Locks em Java import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; import java.util.concurrent.locks.Condition;... // Criação de um objeto acessLock da classe Lock para // controlar a sincronização de algum objeto // compartilhado. Private Lock acessLock = new ReentrantLock;

28 Locks em Java // Condições para controlar a leitura e a escrita. private Condition podeEscrever = acessLock.newCondition(); private Condition podeLer = acessLock.newCondition();... // Escreve valor no objeto compartilhado... // Para travar o objeto compartilhado, quando o método // set() for chamado... public void set(... ) { accessLock.lock(); // chama o método lock e bloqueia (trava) o objeto compartilhado. Esse método esperará até que a trava esteja disponível.... // Se o objeto estiver sem condição de escrita... podeEscrever.await(); // Espera uma condição ocorrer...

29 Locks em Java // Sinaliza a thread que está esperando para fazer uma leitura. podeLer.signal(); // avisa que uma condição ocorreu finally { accessLock.unlock; // destrava o objeto compartilhado. } } // fim do método set.

30 Locks em Java // Ler valor no objeto compartilhado... // Para travar o objeto compartilhado, quando o método // get() for chamado. public void get() { accessLock.lock() // chama o método lock e bloqueia (trava) o objeto compartilhado. Esse método esperará até que a trava esteja disponível.... // Se o objeto estiver sem condição de ser lido... podeLer.await(); // Espera uma condição ocorrer...

31 Locks em Java // Sinaliza a thread que está esperando para fazer uma // leitura. podeEscrever.signal(); // avisa que uma condição ocorreu... finally { accessLock.unlock; // destrava o objeto compartilhado. } } // fim do método get.

32 Locks em Java Execute os exemplos Deitel e 23.12, aproveitando os códigos em 23.6 (interface Buffer), 23.7 (Producer) e 23.8 (Consumer), para o Relacionamento Producer-Consumer com sincronização usando Locks.


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