Finistauri Matteo
Progetto di una architettura per
l’esecuzione distribuita e coordinata
di azioni
Progetto per l’esame di
Reti di Calcolatori L-S
Prof. Antonio Corradi
L’idea del progetto: coordinazione
L’esecuzione
procede si
Il
gruppo di computer
passo-passo
coordina
per passare
sincronizzata
allo
stato concordato
contemporaneamente
Pronto per
Stato A
B
Pronto
per Stato
A
B
Pronto per
Stato A
B
Stato A
B
Pronto
per Stato
A
B
L’idea del progetto: controllo remoto
Ok! Eseguo
l’operazione
richiesta
Computer A
Computer B
Operazione A
Computer C
Ok! Eseguo
l’operazione
richiesta
Computer D
Operazione D
Computer D,
A,
devi fare
operazione A
D
Configuratore
Caratteristiche del sistema
Funzionalità del sistema:
• Controllo remoto dei componenti da una posizione
definita (configuratore)
• Esecuzione di operazioni sui componenti
• Coordinazione delle operazioni in determinati momenti
dell’esecuzione
Problemi da risolvere:
• Dinamicità del gruppo (caduta, etc.)
• Comunicazioni reliable
• Algoritmo per la sincronizzazione dei componenti
Applicazioni: mostra virtuale
Split di un contenuto
Contenutodella
con un
mostra
commento
su più monitor
Tipico paesaggio
di Perugia
Ci ao
Foto realizzata da ...
Il contenuto dei due schermi cambia in
maniera sincrona
Descrizione del sistema
Architettura del sistema
Controllo
della
disponibilità
Componente
del gruppo
Gestione dei
componenti
Configuratore
Componente
del gruppo
Servizi
Gestione dei
gruppi
Componente
del gruppo
Il configuratore
• Rappresenta l’interfaccia verso il sistema per
l’amministratore.
• Fornisce le seguenti funzionalità:
– Visualizzazione dello stato del sistema (componenti,
esecutori, gruppi)
– Gestione dei gruppi (compreso inizio esecuzione e
fine esecuzione)
– Gestione degli esecutori
Il componente di gruppo
• E’ il componente che esegue fisicamente le
operazioni.
• Non è controllabile in maniera diretta ma solo
attraverso il configuratore.
• Fornisce le seguenti funzionalità:
– Ricezione delle istruzioni da parte del configuratore
(gruppo, esecutore, start e stop del gruppo)
– Sincronizzazione con gli altri componenti in
corrispondenza di un checkpoint
– Esecuzione delle operazioni locali stabilite
dall’esecutore
Servizi di sistema
• La gestione dei componenti tiene conto dei
componenti presenti all’interno del sistema.
• La gestione dei gruppi tiene conto della
composizione dei gruppi
• Il controllo della disponibilità si occupa della
disponibilità dei vari componenti del sistema
– I componenti di gruppo e il configuratore non sono
replicati
– Viene utilizzato un meccanismo di lease per
riconoscere i componenti caduti. Pro: meccanismo
semplice ed efficace. Contro: overhead per il rinnovo
del lease.
Disponibilità dei componenti
• Sia i componenti di gruppo che il configuratore
vengono gestiti attraverso il lease:
– I componenti di gruppo non sono replicati per
questioni applicative.
– Il configuratore non è replicato perché costituisce
l’interfaccia per l’utente-amministratore.
• I servizi di sistema devono essere
necessariamente attivi durante tutta la vita
dell’applicazione:
– I servizi di sistema possono essere replicati senza
alcun problema.
L’infrastruttura di comunicazione
Infrastruttura di comunicazione
• Basata su meccanismi simili a chiamate a
procedura remota.
• Permette di:
– effettuare il controllo remoto dei componenti
– comunicare con i servizi di sistema
• Si basa su:
– TCP: nel caso di comandi con passaggio di parametri
o risposta – semantica sincrona.
– UDP (versione at-most-once): nel caso di comandi
senza passaggio di parametri o risposte – semantica
asincrona di tipo catch & return.
Infrastruttura di comunicazione
Client
e
Server
Request
manager
• Rappresenta
• Gestisce la il
servizio
dal
singolafornito
richiesta
sistema
• Provvede a
• Fornisce
inviare la risposta
l’interfaccia
al cliente per le
operazioni che
possono essere
fatte su un
componente del
sistema
Execute()
• Crea l’oggetto
request associato Method()
alla richiesta
• Attende un
messaggio in
ingresso
Request
acceptor
Request
Service
• Incapsula la
richiesta,
conoscendone i
dettagli
• Può eseguire la
richiesta localmente
UDP versione at-most-once
• Obiettivo: ottenere la sicurezza che un comando con UDP arrivi a
destinazione
• Passo 1: aggiunta di un messaggio di acknowledgement
P1
P2
P1
P2
P1
P2
OK
1a possibilità
2a possibilità
3a possibilità
Se il messaggio di acknowledgement arriva a destinazione abbiamo
la certezza che il messaggio è stato ricevuto dal destinatario
UDP versione at-most-once
• Obiettivo: ottenere la sicurezza che un comando con UDP
arrivi a destinazione
• Passo 2: ritrasmissione del messaggio in caso di scadenza
di un timeout
La ritrasmissione
può essere fatta un
numero N di volte
definito a priori per
evitare tentativi
all’infinito.
Dopodiché si
considera il nodo
destinazione caduto.
P1
P2
2a possibilità
P1
P2
3a possibilità
UDP versione at-most-once
• Obiettivo: ottenere la sicurezza che un comando con UDP
arrivi a destinazione
P1
P2
• Passo 3: aggiungere una
numerazione per evitare la
ricezione di uno stesso messaggio
due volte.
• Il messaggio non viene passato
alla parte applicativa se è ripetuto.
K
K
K
K
2a possibilità
Solo
ack
UDP versione at-most-once
• Obiettivo: ottenere la sicurezza che un comando con UDP
arrivi a destinazione
P1
P2
P3
• Passo 4: aggiunta di un livello per
gestire gli acknowledgement
• Il processo P3 (di livello
applicativo) può andarsene dopo
aver ricevuto il messaggio.
• Altrimenti il processo P3 dovrebbe
restare per vedere se il mittente
ha ricevuto l’acknowledgement
Receive()
K
K
return
K
K
Solo
ack
2a possibilità
Un altro protocollo…
• Il TCP transazionale può essere utilizzato per realizzare
una chiamata a procedura remota.
• Prevede tre pacchetti per implementare tutta la logica di
TCP e di ottenere i relativi vantaggi. Risulta quindi essere
di poco più pesante rispetto al protocollo utilizzato.
• L’utilizzo di questo protocollo permetterebbe di superare i
problemi riconosciuti dell’algoritmo sviluppato:
– Non riconoscimento dei messaggi precedenti all’ultimo ricevuto.
Algoritmi di sincronizzazione
Algoritmi di sincronizzazione
• Basato sulla relazione di Lamport
Componente 1: Ta
Componente 2: Tb
Componente 3: Tc
Ta:P1
Ta:P1
Ta:P1
Tb:P2
Tb:P2
Tb:P2
Tc:P3
Tc:P3
Tc:P3
To:Po
To:Po
To:Po
Il componente
1
arriva al
2arrivati
I componenti
sono tutti3
alcheckpointCosto algoritmo:
N(N – 1) = O(N2)
checkpoint: si può proseguire
Algoritmi di sincronizzazione
pronto
prossimo
pronto
prossimo
pronto
Servizio dei
gruppi
prossimo
Servizi troppo carichi di
lavoro
Costo algoritmo:
N + N = 2 N = O(N)
Algoritmi di sincronizzazione
pronto
prossimo
pronto
coordinator
pronto
Servizio dei
gruppi
Scarica la responsabilità del
secondo messaggio su uno dei
componenti
prossimo
Costo algoritmo:
N + 1 + (N – 1) =
2 N = O(N)
Altri possibili algoritmi…
• Estensioni a gruppi di oggetti per risorse fault-tolerant
(modello a copie attive)
– Le copie rappresentano i componenti di gruppo
– Pro: modello studiato, sperimentato e approfondito
– Contro: mancanza del concetto di minimizzazione dei tempi di
contatto fra le “copie attive”
• L’utilizzo del protocollo multicast di basso livello (IGMP)
permetterebbe di semplificare alcune delle fasi degli
algoritmi (messaggi di “prossimo” attraverso un
multicast)
– semantica: ricezione di un acknowledgement da tutti i
componenti del gruppo. Conferma positiva e sollecito selettivo
(utilizzando la parte di infrastruttura già realizzata)
Finistauri Matteo
Progetto di una architettura per
l’esecuzione distribuita e coordinata
di azioni
Progetto per l’esame di
Reti di Calcolatori L-S
Prof. Antonio Corradi