Slide mô hình và chức năng của bộ cung cấp phân tán

NỘI DUNG TRÌNH BÀY Chiến lược cung cấp tài nguyên  Bài toán bãi đậu xe vấn đề hợp lực giữa các người bảo vệ... -Tài nguyên là một đối tượng mà trong đó các quy tắc sử dụng và chia sẽ k

Trang 1

Đề tài: MÔ HÌNH VÀ CHỨC NĂNG CỦA

Tiểu luận môn học:

HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN

Trang 2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

 Chiến lược cung cấp tài nguyên

 Bài toán bãi đậu xe vấn đề hợp lực giữa các người bảo vệ

Trang 3

Chiến lược cung cấp tài nguyên

 Mô tả các vấn đề

 Chiến lược cung cấp tài nguyên duy nhất

 Chiến lược cung cấp một tập hợp các tài nguyên.

 Phân tán chức năng cung cấp

 Điều khiển tải

Trang 4

Mô tả các vấn đề:

-Vấn đề cung cấp tài nguyên là một lĩnh vực tri thức quan trọng vì nó được vận dụng thường xuyên trong quá trình triển khai nghiên cứu, khảo sát, phân tích, thiết kế và xây dựng các hệ điều hành và hệ hin học phân tán.

-Tài nguyên là một đối tượng mà trong đó các quy tắc sử dụng và chia sẽ kết hợp với nhau.Một tiến trình nào đó cần tài nguyên để phát triển công việc phải yêu cầu bộ cung cấp gởi thông điệp yêu cầu Bộ cung cấp có thể áp dụng nhiều kiểu cung cấp khác nhau.Thông điệp yêu cầu cũng

có nhiều kiểu khác nhau Yêu cầu thoã mãn bộ cung cấp tài nguyên phải tuân thủ các điều kiện nhất định

Trang 5

 Mô tả các vấn đề(tt)

-Một chiến lược cung cấp tài nguyên tồi cũng có thể

là nguồn gốc huỷ hoại hiệu năng hoạt động của hệ do các hiện tượng sốc làm tăng các yêu cầu mà không được đáp ứng của một số tài nguyên Chẳng hạn như sự sụp đổ của

hệ đa chương trình Để tránh các hiện tượng đó phải đảm bảo chức năng điều khiển.

-Có hai điều kiện cho tiến trình mất khả năng sử dụng tài nguyên đã được cung cấp là : giải phỏng và thu hồi

Trang 6

 Mô tả các vấn đề (tt)

Một số khái niệm khác:

- Bế tắc: là sự kẹt chéo lẫn nhau có tính sống còn của các tiến trình Bế tắc diễn ra khi hai tiến trình đang sử

dụng hai tài nguyên nhưng lại phát yêu cầu sử dựng tài

nguyên mà tiến trình còn lại đang sử dụng.

- Thiếu tài nguyên vĩnh viễn: là sự chờ đợi bất tận của một tiến trình mà yêu cầu của nó trễ đến mức không thể xác định được.

Trang 7

 Mô tả các vấn đề(tt)

- Giao dịch: là phép toán tập hợp thành một logic hoàn chỉnh mà việc triển khai nó có thể dẫn đến thực hiện một tiến trình duy nhất hay nhiều tiến trình được định vị trên các trạm khác nhau.

- Tải: là tập hợp các yêu cầu tuân theo các quy tắc của một bộ cung cấp với các tham số đặc trưng : số lượng yêu cầu, bản chất vấn đề, phân tán theo thời gian.

Trang 8

 CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP TÀI NGUYÊN DUY NHẤT

- Vấn đề cung cấp tài nguyên duy nhất trên một trạm liên quan đến việc phân phối tài nguyên cho một tập hợp các tiến trình theo các quy tắc: truy cập loại trừ hay chia

sẽ, có hệ số ưu tiên, không được mất Các tiến trình có thể sử dụng tài nguyên ngay tại trạm hoặc ở các trạm từ xa.

- Việc quản lý truy cập đến một tài nguyên duy nhất được thực hiện theo 2 cách sau:

+ Truy cập bằng một tiến trình duy nhất + Truy cập bằng các tiến trình tương tranh.

Trang 9

 CHIẾN LƯỢC CUNG CẤP MỘT TẬP HỢP CÁC TÀI NGUYÊN

- Việc cung cấp tài nguyên diễn ra không có thu hồi, một tài

nguyên bị khoá bởi một tiến trình không thể rút nó trở về được

- Có thể xảy ra rủi ro do bế tắc, khi các tiến trình truy cập loại trừ được phân phối mà không có khả năng thu hồi các tiến trình cần phải sử dụng đồng thời nhiều tài nguyên

-Bế tắc có thể được giải quyết bằng cách dự báo và phòng tránh

-Các thuật toán dự phòng, phát hiện và chữa trị bế tắc đã được nghiên cứu cho trường hợp tất cả các tài nguyên được quản lý bởi một bộ duy nhất

Trang 10

PHÂN TÁN CHỨC NĂNG CUNG CẤP

- Chức năng cung cấp tài nguyên có thể được cung cấp bởi một bộ duy nhất hoặc được phân tán thành một tập hợp các bộ cung cấp trên các trạm khác nhau.

- Duy trì tính duy nhất của trạng thái tài nguyên

- Phân tán biểu hiện trạng thái và chức năng cung cấp

Trang 11

-Duy trì một cách nhịp nhàng các yêu cầu về tài nguyên của hệ trong một giới han chấp nhận được trên cơ

sở số lượng tài nguyên hiện hành và các thông số hiệu

Trang 12

BÀI TOÁN BÃI ĐẬU XE VẤN ĐỀ HỢP LỰC GIỮA CÁC NGƯỜI BẢO VÊ

Bài toán bãi để xe

Bài toán bãi để xe được phát biểu như sau:

Tình huống thứ 1:

Ta giả sử rằng bãi để xe là một bãi lớn có một cổng vào dưới sự kiểm soát của một người bảo vệ (NBV) duy nhất NBV chỉ biết được một phần trạng thái của bãi để xe Trong khi anh ta nghĩ rằng bãi để xe đã bị đầy, trong khi đó lại có nhiều lái xe đang cho xe chạy

ra cổng, vì suy nghĩ như vậy, trong trường hợp này, anh ta không giải quyết cho các xe khác tiếp tục vào bãi nữa, mặc dù lúc này trong bãi đang có chỗ trống Như vậy, NBV không nắm được trạng thái hiện hành của bãi

Trang 13

Bài toán bãi để xe (tt)

Nếu ta có bãi để xe với nhiều cổng vào và tại mỗi cổng vào có một người bảo vệ thì mỗi người bảo vệ chỉ có thể biết được trạng thái với độ

trễ nhất định và điều đó dẫn đến tình huống thứ

2 Đó là tình huống có nhiều trung tâm ra quyết định như trong hình sau:

 BV - người bảo vệ có nhiệm vụ phân phối chỗ cho các xe

ô tô.

 VT - vị trí cho từng ô tô cụ thể

 Các mũi tên hai chiều được sử dụng để

mô tả các dòng

Trang 14

Bài toán bãi để xe (tt)

Trên thực tế, một người bảo vệ nào đó tin rằng không còn chỗ trống nữa, trong khi một người bảo vệ khác lại vừa mới cho ra khỏi bãi một số xe mà anh ta chưa kịp báo cho các người bảo vệ khác Cũng có thể diễn ra trường hợp là cùng một lúc các người bảo vệ giải quyết các

xe vào cùng một vị trí trong bãi vì họ thiếu thông tin

Như vậy, các người bảo vệ phải hợp lực với nhau để phân phối chính xác các chỗ trống trong bãi, đặc biệt là số lượng chỗ còn trống càng

ít thì vài trò của hợp lực càng quan trọng

Phương pháp giải quyết này vấn đề dựa trên các thuật toán và giải pháp đã giới thiệu ở trên và được phân tích cụ thể trong phần tiếp theo sau

Trang 15

Phân tích bài toán

Sự không gắn bó giữa các người bảo vệ

Cho một bãi để xe ô tô N chổ với nhiều cổng vào (ít nhất là 2 lối vào) và tại mỗi cổng vào có một người bảo vệ Một người bảo vệ có vai trò như là chương trình trình cung cấp chỗ của bãi để

xe ô tô Ở đây, chỗ để xe được xem như là tài

nguyên của hệ Giả sử rằng, ở thời điểm cho trước có 4 người bảo vệ và có 100 chỗ còn trống Tất cả các người bảo vệ đều có thông tin đó Trạng

thái của hệ lúc này là gắn bó Ba trong số họ phát

đi thông tin như sau:

Trang 16

Phân tích bài toán (tt)

Sự không gắn bó giữa các người bảo vệ (tt)

Nếu ta không có ràng buộc nào đối với trình tự xử lý các thông điệp nhận

được của các người bảo vệ thì các người bảo vệ này sẽ có số lượng chỗ trống

Trang 17

Phân tích bài toán (tt)

Hợp lực giữa các người bảo vệ

Vấn đề hợp lực giữa các người bảo vệ là vô cùng quan trọng nhằm phân phối chính xác số chỗ trống trong bãi, đặc biệt số chỗ trống càng ít thì vai trò của hợp lực càng quan trọng hơn

Ta hình dung mỗi một người bảo vệ như là một trạm điều khiển S

Khi một ô tô tại trạm Si muốn sử dụng chỗ trống trong bãi, nó sẽ gởi thông điệp REQ có đánh dấu cho tất cả các trạm trong hệ kể cả trạm Si.Mỗi trạm, Si, duy trì một hàng đợi chứa các thông điệp yêu cầu được sắp xếp theo trật tự dấu và quan hệ trật tự toàn bộ được sử dụng để gắn các dấu

Trang 18

Hợp lực giữa các người bảo vệ (tt)

Khi một trạm nhận được yêu cầu, nó sẽ đưa thông điệp đó vào hàng đợi yêu cầu của nó theo thứ tự dấu và gởi một thông điệp trả lời ACQ Nếu cần, quan hệ trật tự toàn phần được sử dụng để phá vỡ các sự ràng buộc

Ý tưởng chung là một ô tô (tiến trình) không thể sử dụng chỗ trống tại bãi xe của nó cho tới khi nó nhận được trả lời từ tất cả các trạm khác Các thông điệp trả lời sẽ “flush out” các yêu cầu bất kỳ từ các tiến trình khác, để chúng ta biết hàng đợi được cập nhập

Trang 19

Hợp lực giữa các người bảo vệ (tt)

Đặc biệt hơn nữa, một trạm Si cho ô tô sử dụng chỗ trống trong bãi xe khi:

- Nhận được thông điệp trả lời từ tất cả các trạm còn lại.

- Yêu cầu REQUEST của nó là ở trên đỉnh của hàng đợi cục bộ của nó.

Khi trạm cho một ô tô ra, nó sẽ gởi khuyến nghị giải phóng RELEASE đến tất cả các trạm Yêu cầu của nó được loại bỏ khỏi tất cả các hàng đợi tại thời điểm này Nếu các trạm khác đang chờ để sử dụng chỗ trống của chúng, một trong các trạm đó bây giờ có thể bắt đầu sử dụng chỗ trống của mình.

Độ trễ đồng bộ: T (trong đó T là thời gian trung bình truyền thông điệp) Khi nhận được thông điệp giải phóng, tiến trình tiếp theo có thể bắt đầu thi hành.

Trang 20

 Phân tích bài toán (tt)

Các hoạt động cơ bản trong bãi đậu xe

Các dòng xe vào ra có thể nói chúng có

các hành vi cơ bản

Việc quản lý truy cập bao gồm ghi lại số lượng xe vào E, số lượng xe ra S và kiểm tra X mỗi khi muốn cho một xe vào bãi theo công thức:

Vào bãi (vao), Đậu (dau), Ra (ra)

X = N - E + S > 0

Trang 21

Các hoạt động cơ bản trong bãi đậu xe (tt)

Trong hệ thống này, người ta sử dụng bộ điều khiển Ci để có được số lượng vào chính xác là Ei, số lượng ra là Si Cho biết M là số lượng bộ điều khiển có trong hệ Người ta muốn trang bị cho mỗi Ci một biến Xi - số lượng chỗ còn trống trong bãi nhằm mục đích có thể sử dụng điều kiện cục bộ:

để cho phép một ô tô vào bãi

Ở đây, ta cần phải chú ý rằng người bảo vệ phát một phiếu cho ô tô và nhận lại phiếu đó khi ô tô ra Mỗi một người bảo vệ Ci (đóng vai trò như là bộ điều khiển, bộ cung cấp) cầm giữ một số phiếu nhằm cho việc quản lý cục bộ của mình và chuyển cho đồng nghiệp Ci+1 những cái dư.

Xi > 0

Trang 22

Các hoạt động cơ bản trong bãi đậu xe (tt) Các hành vi cơ bản cấp chỗ trống:

1 Khẳng định phiếu phát là chỗ còn trống

2 Gửi đi các người bảo vệ khác

3 Chờ toàn bộ khẳng định

4 Gạch chéo vào ô vừa phát phiếu

5 Phát phiếu cho ô tô

Các hành vi cơ bản thu hồi chỗ bận trước đó

1 Thu hồi phiếu

2 Gửi đi các người bảo vệ

3 Gạch vào phiếu đưa vào ô tự do

Trang 23

Chứng minh rằng Xi là giá trị cực tiểu của X

 Trên cơ sở hợp lực giữa các người bảo vệ, ta

chứng minh rằng Xi là giá trị cực tiểu của X (X không phải là công tơ đơn trị)

 Một tiến trình (ô tô) yêu cầu được sử dụng tài

nguyên (chỗ đậu xe) hoặc giải phóng tài nguyên (hành vi cho xe ra) đến bộ điều khiển Ci, Ci sẽ gửi lần lượt các thông điệp sau:

Trang 24

1 Lấy một phiếu trống thuộc quyền quản lý của mình để chuẩn bị cấp cho ô tô

2 Gởi một thông điệp yêu cầu REQ có đánh dấu đến tất cả các Cj kể cả Ci

3 Khi Cj nhận được yêu cầu, nó sẽ đưa thông điệp đó vào hàng đợi yêu cầu của nó theo thứ tự dấu và gởi một thông điệp trả lời REPLY

Trang 25

* Chứng minh rằng Ei  E (tt)

4.Ci thi hành yêu cầu của nó khi:

- Nhận được thông điệp trả lời từ tất cả các bộ điều khiển còn lại

- Yêu cầu REQUEST của nó là ở trên đỉnh của hàng đợi cục bộ của nó

(1) Nếu yêu cầu được thi hành, nó sẽ tăng giá trị của Ei và gạch chéo vào ô vừa phát phiếu

 Bước tiếp theo là phát phiếu cho ô tô, giá trị E sẽ được cập nhật để tăng lên

(2) Nếu yêu cầu chưa thi hành, có nghĩa là ít nhất một trong hai yêu cầu trên không thoả mãn, giá trị của Ei không đổi cho tới thời điểm này

Trang 26

* Chứng minh rằng Ei  E (tt)

Khả năng có thể xảy ra là Ci không nhận được ít nhất một thông điệp trả lời từ Cj dù yêu cầu REQUEST của nó là ở trên đỉnh của hàng đợi và điều này đẫn đến hàng loạt các yêu cầu xếp hàng kế sau nó trong tình trạng chờ

Nhận xét:

- Tại (1) ta nhận thấy giá trị của Ei sẽ được tăng

lên số gia delta trước khi giá trị E tăng lên với cùng

số gia như thế

- Tại (2) ta nhận thấy giá trị của Ei không đổi, có nghĩa là nó vẫn có giá trị lớn hơn hoặc bằng E

Từ (*), (**), (1) và (2), ta có: Ei  E.

Trang 27

* Chứng minh rằng Si  S

Khi muốn cho một ô tô ra (giải phòng tài nguyên) thì bộ điều khiển Ci phải thực hiện trình tự các công việc (sự kiện) sau:

1 Thu hồi phiếu, lúc này giá trị S được cập nhật để tăng lên.

2 Ci sẽ gởi khuyến nghị giải phóng RELEASE đến tất cả các Cj Yêu cầu của nó được loại bỏ khỏi tất cả các hàng đợi tại thời điểm này.

3 Gạch vào phiếu đưa vào ô tự do, lúc này giá trị Si tăng.

Nhận xét:

Từ 3 bước theo trình tự trên thì S tăng lên một số

gia delta trước khi Si tăng lên với cùng một số gia như

thế Điều này có nghĩa là Si  S

Trang 28

Chứng minh rằng Xi là giá trị cực tiểu của

Kiểm tra X > 0 mỗi khi muốn cho một xe vào bãi.

Trong hệ thống này, người ta sử dụng bộ điều khiển Ci:

Số lượng ô tô vào chính xác là Ei

Số lượng ô tô ra là Si

Cho biết M là số lượng bộ điều khiển có trong hệ

Số lượng chỗ còn trống trong bãi Xi >0 để cho phép một ô tô vào bãi

X = N - E + S > 0

Xi = N - Ei + Si > 0

Trang 29

Trang 30

Chứng minh rằng ở mọi thời điểm Xi  X

Ta chú ý đến kiểu quản lý các biến Xi tại các thời điểm:

a Khi khởi động hệ thống, ta thực hiện:

Xi = N, nếu i = 0

Xi = 0, nếu i  0

Tại thời điểm này, X = N

Giá trị lớn nhất của Xi = N, và giá trị bé nhất của Xi =

0 Điều này chứng tỏ:

b Khi Ci ghi một ô tô vào, ta thực hiện:

Ei := Ei + 1

Xi := Xi - 1

Ở trên, ta đã nêu trình tự các sự kiện thực hiện khi muốn cấp một chỗ trống và cũng đã chứng minh tại thời điểm này Ei  E Điều này cũng có nghĩa là:

Xi  X

Trang 31

Chứng minh rằng ở mọi thời điểm Xi  X (tt)

c Khi ghi một ô tô ra, ta thực hiện:

Si := Si + 1

Xi := Xi + 1

Ở trên, ta đã nêu trình tự các sự kiện thực hiện khi muốn thu hồi một chỗ trống và cũng đã chứng minh tại thời điểm này Si  S Điều này cũng có nghĩa là:

d Bộ điều khiển Ci có quyền tự do thực hiện một dãy các tác động, trong đó A là số lượng được lựa chọn chủ quan từ Xi

Xi  X

Trang 32

Chứng minh rằng ở mọi thời điểm Xi  X (tt)

Thời điểm này, Ci thực hiện việc

chuyển đến cho Ci+1 module M số phiếu

dư ra là Và giá trị Xi lúc này nhỏ hơn giá trị Xi tại thời điểm kế trước một giá trị

delta Chính vì vậy, ta có thể khẳng

định: Xi  X

Trang 33

Chứng minh rằng ở mọi thời điểm Xi 

Xi + Xi-1 modulo M + X*i-1 modulo M <= X

 Xi := Xi + X*i-1 modulo M <= XXi  X

Như vậy, tại mọi thời điểm:

Xi  X

Trang 34

Chứng minh rằng khi không có thông điệp nào đang đi trên đường, ta có:

Ở đây, ta chú ý đến các thời điểm quan trọng sau:

a Khi khởi động hệ thống, ta thực hiện:

Xi = N, nếu i = 0

Xi = 0, nếu i  0

Tại thời điểm này, X = N Và chính xác tại thời điểm này chưa có

một thông điệp nao được phát đi, vì vậy cũng không có một thông điệp nào đang đi trên đường, ta có:

b Ngay sau khi khởi động hệ thống, người bảo vệ Ci (i = 0) cầm giữ một số phiếu nhằm cho việc quản lý cục bộ của mình và chuyển cho đồng nghiệp Ci+1 những cái dư Việc chuyển những

phiếu dư tại mỗi Ci cho Ci+1 ModuloM vẫn tiếp tục diễn ra sau

đó

 X i Xvới chỉ số i

Tiêu đề	Mô Hình Và Chức Năng Của Bộ Cung Cấp Phân Tán
Tác giả	Lê Quang Vũ
Người hướng dẫn	PGS-TS Lê Văn Sơn
Trường học	Đại Học Đà Nẵng Trường Đại Học Bách Khoa
Chuyên ngành	Hệ Tin Học Phân Tán
Thể loại	Tiểu luận
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	748 KB