Sistemas Distribuídos Francisco Brasileiro Aula 3: Princípios Básicos As figuras que aparecem nesses slides são de Veríssimo&Rodrigues, reproduzidas com o consentimento dos mesmos.

Notações formais É normalmente conveniente tratar com processos ao invés de processadores Um sistema distribuído é composto por N processos que executam em M processadores Processadores são conectados por canais de comunicação A evolução do sistema é modelada por uma sequência de eventos eip Um evento modifica o estado do processo p A história H é uma seqüência de tuplas contendo um evento eip e o estado de p após eip Uma execução (run) é um conjunto de histórias dos processos que forma o sistema distribuído

Eventos Eventos podem ser locais ou podem ser trocas de mensagem Eventos ordenados e concorrentes

Precedência [Lamport] Se a e b são eventos no mesmo processo e a precede b, então a  b Se a é o envio da mensagem m e b é a recepção da mensagem m, então a  b Se a  b e b  c, então a  c

Estado global Especificação Como computar S internamente? Se no tempo t cada processo pi está no estado Si e as mensagens em transito no canal cij que liga pi a pj é S(cij), então o estado global é dado por S = {S1, S2, ... Sn} U {S(cij), 1≤i,j≤n, i ≠j} Como computar S internamente? Troca de mensagens mudará o estado do sistema! Há protocolos de snapshot que resolvem este problema

Snapshots distribuídos

Tempo e relógios O que é o tempo real? O que é 1 segundo? Função monotônica contínua e crescente [Newtoniano] O que é 1 segundo? Divisor de um dia solar Relógios atômicos A linha do tempo timestamps duração de intervalos Relógios

O papel do tempo Gravar e observar a localização de eventos na linha do tempo seqüênciamento de eventos que formam um estado global medir a duração entre dois eventos Forçar o futuro posicionamento de eventos na linha do tempo sincronização

Medindo tempo em sistemas distribuídos Como medir durações distribuídas? Como reconciliar diferentes linhas do tempo? Ex. qual o tempo de transmissão de uma mensagem? Tempo global × tempo real

Relógios locais físicos O hardware (rf) implementa uma função monotônica discreta e crescente que mapeia o tempo real t em um tempo de relógio rf(t) Imperfeições de relógios físicos Granularidade (g) Taxa de desvio (r)

Propriedades de um relógio físico Granularidade Relógios físicos avançam em ticks (tk) g = rf(tk+1) – rf(tk) Taxa de desvio Depende da qualidade do relógio e das condições do ambiente (ex. temperatura) 0 ≤ 1-r ≤ (rf(tk+1) – rf(tk))/g ≤ 1+r

Para que serve um relógio local? Prover timestamps para eventos locais Medir durações locais Qual o erro causado pela taxa de desvio? r é tipicamente na ordem de 10-5 Definir timeouts Medir durações de atraso round-trip

Relógios globais Um relógio global é construído através da sincronização de relógios locais por um protocolo de sincronização de relógio Cada processo p cria um relógio virtual (rvp) a partir do seu relógio local (rfp) Os relógios virtuais são criados de forma a estarem sincronizados São resincronizados de tempos em tempos NTP é o protocolo mais comum para isso

Propriedades de um relógio global Convergência (d): quão próximo os relógios estão sincronizados logo após uma resincronização Precisão (p): quão próximos os relógios se mantêm sincronizados entre si em qualquer tempo Exatidão (a): quão próximos os relógios estão sincronizados em relação a uma linha de tempo absoluta de referência Requer um dispositivo de sincronização externa (ex. GPS) em algum lugar do sistema Taxa de desvio (r): é a taxa instantâneo de desvio do relógio global

Propriedades de um relógio global

Eventos Eventos podem ser locais ou podem ser trocas de mensagem Eventos ordenados e concorrentes

Precedência [Lamport] Se a e b são eventos no mesmo processo e a precede b, então a  b Se a é o envio da mensagem m e b é a recepção da mensagem m, então a  b Se a  b e b  c, então a  c

Estado global Especificação Como computar S internamente? Se no tempo t cada processo pi está no estado Si e as mensagens em transito no canal cij que liga pi a pj é S(cij), então o estado global é dado por S = {S1, S2, ... Sn} U {S(cij), 1≤i,j≤n, i ≠j} Como computar S internamente? Troca de mensagens mudará o estado do sistema! Há protocolos de snapshot que resolvem este problema

Snapshots distribuídos

Tempo e relógios O que é o tempo real? O que é 1 segundo? Função monotônica contínua e crescente [Newtoniano] O que é 1 segundo? Divisor de um dia solar Relógios atômicos A linha do tempo timestamps duração de intervalos Relógios

O papel do tempo Gravar e observar a localização de eventos na linha do tempo seqüênciamento de eventos que formam um estado global medir a duração entre dois eventos Forçar o futuro posicionamento de eventos na linha do tempo sincronização

Medindo tempo em sistemas distribuídos Como medir durações distribuídas? Como reconciliar diferentes linhas do tempo? Ex. qual o tempo de transmissão de uma mensagem? Tempo global × tempo real

Relógios locais físicos O hardware (rf) implementa uma função monotônica discreta e crescente que mapeia o tempo real t em um tempo de relógio rf(t) Imperfeições de relógios físicos Granularidade (g) Taxa de desvio (r)

Propriedades de um relógio físico Granularidade Relógios físicos avançam em ticks (tk) g = rf(tk+1) – rf(tk) Taxa de desvio Depende da qualidade do relógio e das condições do ambiente (ex. temperatura) 0 ≤ 1-r ≤ (rf(tk+1) – rf(tk))/g ≤ 1+r

Para que serve um relógio local? Prover timestamps para eventos locais Medir durações locais Qual o erro causado pela taxa de desvio? r é tipicamente na ordem de 10-5 Definir timeouts Medir durações de atraso round-trip

Relógios globais Um relógio global é construído através da sincronização de relógios locais por um protocolo de sincronização de relógio Cada processo p cria um relógio virtual (rvp) a partir do seu relógio local (rfp) Os relógios virtuais são criados de forma a estarem sincronizados São resincronizados de tempos em tempos NTP é o protocolo mais comum para isso

Propriedades de um relógio global Convergência (d): quão próximo os relógios estão sincronizados logo após uma resincronização Precisão (p): quão próximos os relógios se mantêm sincronizados entre si em qualquer tempo Exatidão (a): quão próximos os relógios estão sincronizados em relação a uma linha de tempo absoluta de referência Requer um dispositivo de sincronização externa (ex. GPS) em algum lugar do sistema Taxa de desvio (r): é a taxa instantâneo de desvio do relógio global

Propriedades de um relógio global