Tiểu luận Hệ tin học phân tán - Đề tài "Vấn đề bế tắc trong hệ tập trung và hệ phân tán" - Trường Đại học Đà Nẵng - Năm 2009 - Nguyễn Văn Việt Đức

Nội dung text: Tiểu luận Hệ tin học phân tán - Đề tài "Vấn đề bế tắc trong hệ tập trung và hệ phân tán" - Trường Đại học Đà Nẵng - Năm 2009 - Nguyễn Văn Việt Đức

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  TIỂU LUẬN HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN VẤN ĐỀ BẾ TẮC TRONG HỆ TẬP TRUNG VÀ HỆ PHÂN TÁN Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS LÊ VĂN SƠN Học viên thực hiện: NGUYỄN VĂN VIỆT ĐỨC Đà Nẵng – Năm 2009
2. LỜI MỞ ĐẦU Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý nằm tại các vị trí khác nhau và được liên kết với nhau thông qua phương tiện viễn thông dưới sự điều khiển thống nhất của một hệ điều hành. Hệ tin học phân tán rất đa dạng, đa diện, phức tạp về mặt cấu trúc, tập hợp bao gồm các bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý với bộ nhớ và đồng hồ nhịp độc lập, các bộ xử lý không sử dụng chung bộ nhớ và đồng hồ. Như vậy mỗi một hệ xử lý thông tin thành phần của hệ tin học phân tán bao gồm một hay nhiều bộ xử lý và bộ nhớ cục bộ. Trong hệ phân tán hệ xử lý thông tin thành phần phải được thiết kế sao cho về cấu trúc, số lượng và dung lượng có thể cho phép thực hiện một cách trọn vẹn các chức năng mà nó phải đảm nhận. Hệ tin học phân tán thực hiện hàng loạt các chức năng phức tạp, nhưng cơ bản nhất là đảm bảo cung cấp cho người sử dụng khả năng truy cập có kết quả đến các loại tài nguyên vốn có và rất đa dạng của hệ thống như là những tài nguyên dùng chung. Những ưu điểm căn bản của việc sử dụng chung tài nguyên so với hệ tập trung được phản ảnh như sau: 1. Tăng tốc độ bình quân trong tính toán-xử lý. 2. Cải thiện tình trạng luôn luôn sẵn sàng của các loại tài nguyên. 3. Tăng độ an toàn dữ liệu. 4. Đa dạng hóa các loại hình dịch vụ tin học. 5. Đảm bảo tính vẹn toàn của thông tin. Điều quan trọng là để đảm bảo các chức năng, yêu cầu nêu trên, hệ phân tán cần phải có các cơ chế kỹ thuật đủ mạng nhằm đồng bộ hóa hoạt động của các tiến trình và sự trao đổi thông tin với nhau sao cho hệ thống tránh được các trường hợp có thể dẫn đến bế tắc mà khi nghiên cứu hệ điều hành các máy tính chúng ta đã có dịp làm quen. Để tìm hiểu rõ hơn về vấn đề bế tắc và thuật toán dự phòng bế tắc của Lomet tôi chọn đề tài “Vấn đề bế tắc trong hệ tập trung và hệ phân tán” để nghiên cứu. Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Lê Văn Sơn, được sự động viên và giúp đỡ của đồng nghiệp trong cơ quan và các anh chị em lớp Cao học - Khoa học Máy tính Khóa 10 (2008 – 2011) để hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn!
3. Chương 1. BẾ TẮC TRONG HỆ TẬP TRUNG 1.1 Bế tắc Tất cả các hiện tượng bế tắc đều bắt nguồn từ sự xung đột về tài nguyên của hai hoặc nhiều tiến trình đang hoạt động đồng thời trên hệ thống. Tài nguyên ở đây có thể là một ổ đĩa, một mẫu tin trong cơ sở dữ liệu, hay một không gian địa chỉ trên bộ nhớ chính. Sau đây là một số ví dụ minh hoạ cho điều trên. Ví dụ 1: Giả sử có hai tiến trình P 1 và P2 hoạt động đồng thời trong hệ thống. Tiến trình P1 đang giữ tài nguyên R 1 và xin được cấp R 2 để tiếp tục hoạt động, trong khi đó tiến trình P 2 đang giữ tài nguyên R 2 và xin được cấp R 1 để tiếp tục hoạt động. Trong trường hợp này cả P 1 và P2 sẽ không tiếp tục hoạt động được. Như vậy, P1 và P2 rơi vào trạng thái bế tắc (minh hoạ bởi sơ đồ ở hình 1.1). Yêu cầu Tài nguyên R2 Giữ Tiến trình 1 Tiến trình 2 (P1) (P2) Giữ Tài nguyên Yêuầu R1 Hình 1.1. Chờ đợi vòng tròn Bế tắc thường xảy ra do xung đột về tài nguyên thuộc loại không phân chia được, một số ít trường hợp xảy ra với tài nguyên phân chia được. Ví dụ sau đây là trường hợp bế tắc do xung đột về tài nguyên bộ nhớ, là tài nguyên thuộc loại phân chia được. Ví dụ 2: Giả sử không gian bộ nhớ còn trống là 200Kb, trong hệ thống có hai tiến trình P1 và P2 yêu cầu được sử dụng bộ nhớ như sau: P1 P2 . . Request1 80Kb Request1 70Kb . . Request2 30Kb Request2 40Kb . . Bế tắc xảy ra khi cả hai tiến trình cùng yêu cầu thêm bộ nhớ lần thứ hai. Tại thời điểm này, không gian bộ nhớ còn trống là 50Kb, lớn hơn lượng bộ nhớ mà mỗi tiến trình yêu cầu (30Kb và 40Kb), nhưng vì cả hai tiến tình đồng thời yêu cầu thêm bộ nhớ nên hệ thống không thể đáp ứng được, và bế tắc xảy ra.
4. Ví dụ 3: Trong các ứng dụng cơ sở dữ liệu, một chương trình có thể khoá một vài record mà nó sử dụng để dành quyền điều khiển về cho nó. Nếu tiến trình P 1 khoá record R1, tiến trình P2 khoá record R2, và sau đó mỗi tiến trình lại cố gắng khoá record của một tiến trình khác. Bế tắc sẽ xảy ra. Như vậy bế tắc là hiện tượng: Trong hệ thống xuất hiện một tập các tiến trình, mà mỗi tiến trình trong tập này đều chờ được cung cấp tài nguyên, mà tài nguyên đó đang được một tiến trình trong tập này chiếm giữ. Và sự đợi này có thể kéo dài vô hạn nếu không có sự tác động từ bên ngoài. Trong trường hợp của ví dụ 1 ở trên: hai tiến trình P 1 và P2 sẽ rơi vào trạng thái bế tắc, nếu không có sự can thiệp của hệ điều hành. Để phá bỏ bế tắc này, hệ điều hành có thể cho tạm dừng tiến trình P 1 để thu hồi lại tài nguyên R1, lấy R1 cấp cho tiến trình P2 để P2 hoạt động và kết thúc, sau đó thu hồi cả R 1 và R2 từ tiến trình P2 để cấp cho P1 và tái kích hoạt P1 để P1 hoạt động trở lại. Như vậy, sau một khoảng thời gian cả P1 và P2 đều ra khỏi tình trạng bế tắc. Trong trường hợp của ví dụ 2 ở trên: Nếu hai tiến trình này không đồng thời yêu cầu thêm bộ nhớ thì bế tắc không thể xảy ra, hoặc khi cả hai tiến trình đồng thời yêu cầu thêm bộ nhớ thì hệ điều hành phải kiểm tra lượng bộ nhớ còn trống của hệ thống, nếu không đáp ứng cho cả hai tiến trình thì hệ điều hành phải có cơ chế ngăn chặn (từ chối) một tiến trình và chỉ cho một tiến trình được quyền sử dụng bộ nhớ (đáp ứng) thì bế tắc cũng không thể xảy ra. Tuy nhiên để giải quyết vấn đề bế tắc do thiếu bộ nhớ, các hệ điều hành thường sử dụng cơ chế bộ nhớ ảo. Bộ nhớ ảo là một phần quan trọng của hệ điều hành mà chúng ta sẽ khảo sát ở chương Quản lý bộ nhớ của tài liệu này. Khi hệ thống xảy ra bế tắc, nếu hệ điều hành không kịp thời phá bỏ bế tắc thì hệ thống có thể rơi vào tình trạng treo toàn bộ hệ thống. Như trong trường hợp bế tắc ở ví dụ 1, nếu sau đó tiến trình P 3 đang giữ tài nguyên R 3, cần R2 để tiếp tục thì P3 cũng sẽ rơi vào tập tiến trình bị bế tắc, rồi sau đó, nếu có tiến trình P4 cần tài nguyên R1 và R3 để tiếp tục thì P4 cũng rơi vào tập tiến trình bị bế tắc như P3, cứ thể dần dần có thể dẫn đến một thời điểm tất cả các tiến trình trong hệ thống đều rơi vào tập tiến trình bế tắc. Và như vậy hệ thống sẽ bị treo hoàn toàn. 1.2 Điều kiện hình thành bế tắc Năm 1971, Coffman đã đưa ra và chứng tỏ được rằng, nếu hệ thống tồn tại đồng thời bốn điều kiện sau đây thì hệ thống sẽ xảy ra bế tắc: 1.2.1 Loại trừ lẫn nhau (Mutual excution) hay độc quyền sử dụng Đối với các tài nguyên không phân chia được thì tại mỗi thời điểm chỉ có một tiến trình sử dụng được tài nguyên. 1.2.2 Giữ và đợi (Hold and wait) Một tiến trình hiện tại đang chiếm giữ tài nguyên, lại xin cấp phát thêm tài nguyên mới.
5. 1.2.3 Không ưu tiên (No preemption) Không có tài nguyên nào có thể được giải phóng từ một tiến trình đang chiếm giữ nó. Trong nhiều trường hợp các điều kiện trên là rất cần thiết đối với hệ thống. Sự thực hiện độc quyền là cần thiết để đảm bảo tính đúng đắn của kết quả và tính toán vẹn của dữ liệu (chúng ta đã thấy điều này ở phần tài nguyên găng trên đây). Tương tự, sự ưu tiên không thể thực hiện một cách tuỳ tiện, đặc biệt đối với các tài nguyên có liên quan với nhau, việc giải phóng từ một tiến trình này có thể ảnh hưởng đến kết quả xử lý của các tiến trình khác. Sự bế tắc có thể tồn tại với ba điều kiện trên, nhưng cũng có thể không xảy ra với ba điều kiện đó. Để chắc chắn bế tắc xảy ra cần phải có điều kiện thứ tư. 1.2.4 Đợi vòng tròn (Circular wait) Đây là trường hợp của ví dụ một mà chúng ta đã nêu ở trên. Tức là, mỗi tiến trình đang chiếm giữ tài nguyên mà tiến trình khác đang cần. Ba điều kiện đầu là điều kiện cần chứ không phải điều kiện đủ để xảy ra bế tắc. Điều kiện thứ tư là kết quả tất yếu từ ba điều kiện đầu. 1.3 Các phương pháp sử dụng trong hệ tập trung để xử lý bế tắc: 1.3.1 Phương pháp dự phòng Phương pháp dự phòng đơn giản và thường hay sử dụng là phương pháp các nhóm sắp xếp Havender. Tư tưởng cơ bản của phương pháp này là các tài nguyên được sắp xếp theo các nhóm con C1, C2, Cn. Một tiến trình nào đó có thể thu hồi tài nguyên của nhóm Ci với i>1, nếu trước đó nó đã thu hồi tất cả các tài nguyên của nhóm cần thiết cho nó C1, C2, Ci-1. Như thế, trật tự duy nhất của việc thu hồi các tài nguyên được xác định sẽ tránh được bế tắc. Phương pháp này dẫn đến các tiến trình cần thu hồi trước (tạm ứng) các tài nguyên của chúng và do vậy làm giảm khả năng thực hiện song song của hệ. 1.3.2 Phương pháp phát hiện và chữa trị Phương pháp Holt sử dụng một đồ thị trạng thái định hướng mà các nút là các tài nguyên hay các tiến trình. Các cung tiến trình- tiến trình thể hiện các cung cấp đã được thực hiện. Nếu có sự hiện diện của vòng lặp khép kín trong đồ thị này thì đó chính là biểu hiện của tình trạng bế tắc. Sau khi đã phát hiện bế tắc, vấn đề chữa trị được đặt ra, nhưng các phương pháp này rất phức tạp, tốn kém. Hiện nay, thuật toán chữa trị đang được các nhà chuyên môn quan tâm nghiên cứu và phát triển. 1.3.3 Kết luận Thực tế, trong các hệ điều hành, người ta sử dụng: 1. Hoặc là các phương pháp dự phòng đơn giản như cung cấp tổng quát tất cả các tài nguyên hay phương pháp nhóm sắp xếp.
6. 2. Hoặc là các phương pháp phát hiện thường rất cồng kềnh; khắc phục nó đòi hỏi phải loại bỏ hoàn toàn các tiến trình và khởi sự cũng trở lại từ đầu. Điều đó đòi hỏi phải lưu trữ ngữ cảnh theo từng chu kỳ hết sức phức tạp và tốn kém bộ nhớ.
7. Chương 2. BẾ TẮC TRONG HỆ PHÂN TÁN 2.1 Một số khái niệm Trong chương này, chúng ta sẽ đề cập cách giải quyết các vấn đề đặt ra và trình bày các giải pháp thể hiện dưới dạng các giải thuật riêng cho hệ phân tán. Trong hệ phân tán, thông thường người ta hay sử dụng khái niệm giao dịch như là thực thể sử dụng các tài nguyên chẳng hạn. Giao dịch là phép toán hợp thành một logich 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.Trường hợp dẫn đến thực hiện nhiều tiến trình trên các trạm ở xa là đối tượng mà ta cần phải quan tâm nghiên cứu trong chương này. Một tiến trình nào đó cần sử dụng tài nguyên để phát triển công việc của mình phải yêu cầu bộ cung cấp một cách hợp thức bằng cách gửi thông điệp yêu cầu. Như thế, rõ ràng là một tiến trình có nhu cầu tài nguyên sẽ bị treo chừng nào tài nguyên đó còn chưa được giải phóng hay chưa được cung cấp cho nó. Bộ cung cấp có thể áp dụng nhiều kiểu cung cấp khác nhau như tiến trình duy nhất, tập hợp các tiến trình, tập hợp các thủ tục, Các thông điệp yêu cầu sử dụng tài nguyên cũng có thể có các dạng khác nhau như gọi thủ tục, thông báo, thực hiện các lệnh đặc biệt, Một yêu cầu được thoả mãn bởi bộ cung cấp tài nguyên cho tiến trình đề nghị với điều kiện là yêu cầu đó phải tuân thủ các quy tắc nhất định. Có hai điều kiện làm cho tiến trình mất khả năng sử dụng tài nguyên đã được cung cấp trước đó. Stt Tên gọi Điều kiện Tiến trình phát tín hiệu ngừng sử dụng tài 1 Giải phóng nguyên Sự lấy lại tài nguyên đã được cung cấp cho tiến 2 Thu hồi trình. Bộ cung cấp tài nguyên sẽ tiến hành công việc này Trong hệ, hoạt động của một tập hợp các tiến trình trên một tập hợp các tài nguyên dùng chung được xem là tuyệt vời, nếu không để xảy ra bế tắc và thiếu thốn tài nguyên vĩnh viễn. Bế tắc hay còn gọi là khoá tương hỗ là sự kẹt chéo lẫn nhau có tính chất sống còn của các tiến trình. Bế tắc diễn ra khi hai tiến trình đang sử dụng hai tài nguyên lại phát yêu cầu về nhu cầu sử dụng tài nguyên mà tiến trình kia còn đang sử dụng. Hình vẽ 2.1 sau đây cho phép chúng ta hình dung vấn đề một cách rõ ràng hơn. Theo hình vẽ này, ta có 4 tài nguyên T1, T2, T3 và T4 và có 3 nhu cầu tài nguyên là Tr1, Tr2 và Tr3. Cả ba tiến trình này đang ở trong tình trạng bế tắc. Tiến trình Tr2 chờ tài nguyên T3 do Tr3 đang chiếm giữ.Tiến trình Tr 3 chờ tài
8. nguyên T2 được giải phóng bởi Tr 1 và Tr3.Thêm vào đó, tiến trình chờ tiền trình Tr2 giải phóng T1. Lúc này, ta thấy có hai chu trình kín trong đồ thị là: Tr1 – T1 – Tr2 – T3 – Tr3 – T2 – Tr1 và Tr3 – T2 – Tr2 – T3 – Tr3 Hình 2.1. Đồ thị cung cấp tài nguyên bị bế tắc 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. Nguyên nhân của hiện tượng vừa nêu có nhiều, nhưng ta có thể chỉ ra ví dụ thường gặp là do sử dụng luật ưu tiên để cung cấp tài nguyên. 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. Ví dụ như sự sụp đổ của hệ đa chương trình. Để tránh các hiện tượng đó, bộ cung cấp tài nguyên cần phải đảm bảo chức năng điều khiển Ta có thể phân chia thành hai phương diện để nghiên cứu: 1. Phân tán các yêu cầu giữa các tài nguyên tương đương có khả năng thoả mãn. Chức năng này gọi là phân phối tải. Trong hệ phân tán, nó cần phải tạo điều kiện để tránh tình hình mà ở đó các yêu cầu đợi đến lượt được thoả mãn trên một trạm đầy, trong khi đó các tài nguyên tương đương lại rỗi rãi trên các trạm khác. 2. Giới hạn số lượng các yêu cầu được phép cho một số tài nguyên. Việc đó có thể thực hiện bằng cách hạn chế (tĩnh hay động) số các tiến trình hay số các giao dịch được chọn (trúng tuyển) sử dụng toàn bộ hay từng phần tài nguyên.Ta gọi trường hợp này là điều khiển tải tổng quát. Tóm lại: Bộ cung cấp cần phải phân phối các tài nguyên trên cơ sở tuân thủ các quy tắc sử dụng, tránh xảy ra bế tắc và thiếu thốn vô hạn, phân bố tải tương đối đồng đều giữa các tài nguyên cùng loại(cùng có thể thoả mãn) và giới hạn nhu cầu nhằm duy trì hệ thống hoạt động đạt mức hiệu quả nhất định.
9. 2.2 Cung cấp tài nguyên duy nhất Vấn đề cung cấp tài nguyên duy nhất trên một trạm trong hệ phân tán liên quan đến việc phân phối tài nguyên này cho một tập hợp các tiến trình trên cơ sở quy tắc: truy cập loại trừ hay chia sẻ, có hệ số ưu tiên, không được mất, Các tiến trình có thể đề nghị sử dụng tại nguyên ngay tại trạm có tài nguyên mà cũng có thể ở các trạm khác từ xa. Việc quản lý các truy cập đến một tài nguyên duy nhất có thể được thực hiện theo hai cách: Stt Kiểu thực hiện 1 Truy cập bằng một tiến trình duy nhất 2 Truy cập bằng các tiền trình tương tranh 2.3 Truy cập bởi server duy nhất Một tiến trình duy nhất hay còn gọi là server được giao nhiệm vụ quản lý tài nguyên. Nó xử lý tất cả các yêu cầu truy cập từ các tiến trình và các khách (client). Sự loại trừ truy cập được đảm bảo bởi tính duy nhất của server. Server đồng thời cũng là chương trình đánh thức. Chương trình có thể viết như sau: Vòng lặp m:= cho-thong-diep(nil) {treo} Kết thúc vòng lặp Do vậy, sơ đồ này loại bỏ tất cả các đặc tính song song để truy cập vào tài nguyên. Tiến trình server có thể được lập trình để triển khai toàn bộ chiến lược liên quan đến loại trừ tương hỗ của các yêu cầu (độ ưu tiên, quyền truy cập tài nguyên). Tr1 Tr2 S T T-Tài nguyên Tr-Tiến trình khách S-Server Trn Hình 2.2. Đồ thị truy cập vào tài nguyên bằng server duy nhất 2.4 Truy cập tương tranh có điều khiển Trong trường hợp này, tài nguyên được truy cập bởi nhiều server, thông thường, có số lượng không cố định. Các server này thực hiện các truy cập tương ứng với các yêu cầu dưới dạng gọi thực hiện các thủ tục.Việc thực hiện các thủ tục này được điều khiển bởi cơ chế đảm bảo tôn trọng các quy tắc truy cập.
10. Các quy tắc được khởi sự bằng hai cách bởi các tiến trình khách cho thấy việc truy cập được tiến hành bằng một chương trình trực duy nhất. S1 Tr1 Hàng đợi các yêu cầu Tr2 D S2 T T-Tài nguyên Tr-Tiến trình khách Si- Sn Trn Server D-Đánh thức Hình 2.3. Đồ thị truy cập vào tài nguyên bằng một chương trình trực duy nhất Trong cách thứ hai, việc truy cập được tiến hành trực tiếp với các server và thể hiện bằng hình vẽ 2.4. Tr1 S1 Tr2 S2 T Trn Sn Hình 2.4. Truy cập trực tiếp vào các server Hình vẽ 2.3, ta thấy một tiến trình đánh thức D duy nhất sau hàng đợi làm nhiệm vụ phân phối yêu cầu cho các server cục bộ. Các tiến trình khách không biết server. Ngược lại, hình vẽ 2.4, các máy server đều được các tiến trình khách biết trước. 2.5 Cung cấp một tập hợp các tài nguyên - Vấn đề bế tắc Trước hết, ta tìm hiểu một số thuật ngữ và khái niệm có quan hệ mật thiết với nhưng vấn đề sẽ sử dụng trong phần này. Tiến trình p đưa ra yêu cầu cung cấp tài nguyên e để thực hiện phép toán cài then có tính loại trừ v_loai_tru_th(e). Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, tất cả các tài nguyên đều được truy cập theo kiểu loại trừ. Nếu việc cung cấp hoán toàn hợp thức thì tài nguyên này được trao cho p sử dụng. Ta nói rằng tài nguyên này đã được p cài then, nếu không thì p bị treo và đương nhiên p không cài then được tài nguyên này. Trong hệ phân tán, ta sẽ tập trung xem xét các giao dịch T i có thể sử dụng các tài nguyên được định vị trên các trạm. Mỗi một giao dịch được triển khai nhờ một tập hợp các tiến trình thể hiện là các đại diện của chúng trên các trạm khác nhau. Hai tiến trình của cùng một giao dịch được định vị trên các trạm khác nhau có thể được thực hiện song song. Nhằm thu hồi lại tài nguyên e trên
11. trạm Sj, giao dịch Ti cho thực hiện phép toán v_loai_tru_th(e) thông qua đại diện pij của mình trên trạm này. Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, việc cung cấp diễn ra không có thu hồi. Một tài nguyên bị khoá bởi một tiến trình không thể rút nó trở về được. Như thế, nó cần phải được giải phóng bởi tiến trình này một cách tường minh nhờ vào phép toán mở then cài mo_then(e). Bế tắc có thể được giải quyết bằng cách dự báo và vòng tránh (gọi chung là dự phòng) có nghĩa là tài nguyên được cung cấp theo kiểu có đề phòng trường hợp bế tắc. Một phương pháp khác có liên quan đến vấn đề này là phát hiện và chữa trị có nghiã là khi có sự cố thì quay trở về trạng thái trước đó. Các thuật toán dự phòng, phát hiện và chữa trị được nghiên cứu cho trường hợp là tất cả các tài nguyên đều được quản lý bởi bộ cung cấp duy nhất. Bộ cung cấp này tiếp nhận tất cả các yêu cầu và biết rõ trạng thái của tất cả các tài nguyên. Ta bắt đầu việc nghiên cứu trong phần này bằng cách nhắc lại các kết quả chủ yếu của trường hợp nêu trên, trước khi phát triển các vấn dề về hướng tin học phân tán. 2.6 Phân tán chức năng cung cấp Bây giờ, ta giả định rằng chức năng cung cấp không thể tin tưởng giao phó hoàn toàn cho một bộ cung cấp duy nhất, mà được phân tán thành tập hợp các bộ cung cấp trên các trạm khác nhau, trong đó mỗi bộ cung cấp chỉ quản lý các đối tượng cục bộ của trạm đó mà thôi. Tồn tại hai nhóm giải pháp cho vấn đề đặt ra: 2.6.1 Duy trì tính duy nhất của trạng thái tài nguyên Biểu hiện duy nhất (thể hiện tính duy nhất) của trạng thái tài nguyên được chia sẻ bởi tập hợp các bộ cung cấp. Biểu hiện này tuần hoàn giữa các trạm khác nhau dưới dạng một thông điệp. Các trạm luân phiên đóng vai trò của bộ cung cấp các tài nguyên mà mình đang chịu trách nhiệm quản lý. Giải pháp này loại bỏ tất cả các khả năng song song, không loại bỏ khả năng mất thông điệp trạng thái, thiếu thốn tài nguyên một cách vô hạn. 2.6.2 Phân tán biểu hiện trạng thái và chức năng cung cấp Có rất nhiều giải pháp có thể: Stt Giải pháp Ta duy trì mỗi trạm một bản sao trạng thái tài nguyên tổng quát. 1 Trong trường hợp này, cần phải đảm bảo sự gắn bó hữu cơ giữa các bản sao. Ta phân tán biểu hiện trạng thái trên các trạm, mỗi một trạm chỉ co trạng thái của các tài nguyên cục bộ của mình.Các quyết định 2 được đưa ra trên các trạm khác nhau cần phải được phối hợp theo kiểu sao cho dữ liệu của việc cung cấp phải được gắn bó với
12. nhau. Một phương pháp đầy ấn tượng là nhóm sắp xếp nhằm đảm bảo cho tất cả các yêu cầu tài nguyên xuất phát từ các tiến trình đến 3 được các bộ cung cấp khác nhau theo một trật tự duy nhất được cố định từ trước. Các phương pháp khác nhau mang tính năng động cao cho phép ra các quyết định cung cấp tài nguyên xuất phát từ quan điểm từng phần (ngược với toàn phần) của trang thái tài nguyên. Trong các phần tiếp theo, ta sẽ được giơi thiệu lần lượt các vấn đề sau đây: 1. Nguyên lý được hiện bằng giải thuật dự phòng bế tắc cho trường hợp đầu tiên vừa nêu theo kiểu sử dụng các bản sao trang thái tổng quát . 2. Hai giải thuật toán cho các trường hợp sau; một cho dự phòng và một cho phát hiện bế tăc được trình bày bằng cách sử dụng quan điểm tưng phần của trạng thái toàn phần. 2.6.3 Các phương pháp cung cấp sử dụng trạng thái tổng quát Bây giờ, vấn đề quan trọng được đặt ra là tại sao có thể áp dụng thuật toán dự phòng bế tắc của các hệ tập trung vào môi trường phân tán theo kiểu duy trì trên mỗi trạm một bản sao trạng thái cung cấp của tất cả các tài nguyên. Nội dung của các bản sao trên các trạm của hệ có thể phản ảnh trong bảng sau đây: Stt Nội dung của bản sao 1 Tập hợp tất cả các tài nguyên còn chưa được cung cấp 2 Tập hợp các tài nguyên đã cung cấp 3 Đối tượng đang chiếm giữ tài nguyên 5 Kiểu sử dụng 6 Tập hợp các yêu cầu không được thoả mãn 7 Tập hợp các thông điệp dành cho trường hợp đã được sử dụng 8 Tập hợp các thông điệp dành cho trường hợp thất bại 9 Cung cấp tài nguyên chỉ được chấp nhận, nếu trạng thái xuất phát từ việc cung cấp đó được đánh giá là chấp nhận được theo thuật toán đã sử dụng.Trên cơ sở thực hiện cùng một thuật toán và có cùng thông tin, mỗi trạm ra quyết định cung cấp căn cứ vào bản sao trạng thái cục bộ của nó. Việc cung cấp cho tiến trình đề nghị sẽ được thực hiện ngay trên trạm có tài nguyên. Để cập nhật thông tin, mỗi tiến trình phát đi cho một tập hợp nhất định các trạm: 1. Các thông điệp của mình.
13. 2. Các yêu cầu của mình. 3. Các thông điệp giải phóng của mình. Các bản sao tổng quát trên các trạm phải có cùng các bước chuyển trạng thái. Để đảm bảo điều đó, cầm phải xử lý các yêu cầu trong cùng một trật tự trên tất cả các trạm. Trật tự này có thể khác với trật tự đến. Có thể sử dụng các kỹ thuật đã được kiểm tra trong chương IV như dấu, bộ tuần tự tuần hoàn, để giải quyết vấn đề đồng bộ thông tin. Ta sẽ sử dụng với tư cách là ví dụ nguyên lý triển khai thuật toán trình bày trong ấn phẩm của Lomet và ứng dụng kỹ thuật thông cáo hợp thức. Khi bắt đầu thực hiện giao dịch T i thì giao dịch này cần phải phát thông điệp hợp thức của tập hợp các tài nguyên mà nó định sử dụng. Một tài nguyên chỉ có thể thu hồi, nếu đó là một phần của thông điệp. Ta định nghĩa một quan hệ gọi là phụ thuộc thế năng giữa hai giao dịch T j và Tk và ký hiệu Tj > Tk điều đó nói lên rằng Tj chậm hơn Tk. Tj > Tk nghĩa là tồn tại ít nhất một tài nguyên bị cài then bởi T j và là thành phần thuộc thông điệp của Tk. Quan hệ này có thể được biểu diễn bằng đồ thị G, biến theo thời gian gọi là đồ thị các xung đột thế năng.Tồn tại vòng lặp trong đồ thị này sinh ra bế tắc. Ví dụ 1: Hãy đánh giá 3 giao dịch T1, T2 và T3 sử dụng 3 tài nguyên e1, e2 và e3. Ta ký hiệu a_loai_tru_th() là phép toán thông điệp. Giao dịch T1 t11: a_loai_tru_th(e1, e2) . t12: v_loai_tru_th(e1) . t13: v_loai_tru_th(e2) Giao dịch T2 t21: a_loai_tru_th(e2, e3) . t22: v_loai_tru_th(e2) . t23: v_loai_tru_th(e3) Giao dịch T3 t31: a_loai_tru_th(e3, e1) . t32: v_loai_tru(e3) . t33: v_loai_tru_th(e1)
14. Giả sử rằng các lệnh thực hiện theo trình tự t11, t21, t31, t12, t22, t32, vào thời điểm t sau khi thực hiện các lệnh này, đồ thị G có thể biểu diễn như sau. Bế tắc không tránh khỏi được. Đồ thị G được biểu diễn trong hình vẽ 2.8. Để tránh bế tắc diễn ra, ta duy trì mỗi trạm một bản sao của đồ thị G và ta chỉ được cung cấp tài nguyên, nếu việc cung cấp đó không phát sinh vòng lặp trong đồ thị này. Mỗi một thông cáo, thông điệp hay khuyến nghị giải phóng đều nhận một dấu, rồi phát ra cho tất cả các trạm.Để cập nhật bản sao của mình về đồ thị G, mỗi trạm xử lý các thông điệp mà nó nhận được trong một trật tự chặt chẽ được xác định bởi dấu. 2.6.4 Các phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái từng phần Hai thuật toán mà ta sẽ giới thiệu sau đây rất thích hợp với môi trường phân tán. Mỗi trạm chỉ quản lý các tài nguyên cục bộ của mình và các quyết định cung cấp được đưa ra dựa trên thông tin cục bộ. Ta giới hạn về việc trình bày của mình cho mục đích khá đơn giản. Đó là tất cả các tài nguyên đều được truy cập theo kiểu loại trừ. Các tài nguyên chia sẻ sẽ là đối tượng xử lý của bài tập số 2 của chương này. 2.6.4.1 Thuật toán dự phòng bế tắc Hai thuật toán mà ta sẽ giới thiệu sau đây là một trong những phiên bản của thuật toán Lomet. Đây là phiên bản sử dụng trạng thái từng phần. a. Vị trí của vấn đề: Đây là một ví dụ minh hoạ các khó khăn trong khi ứng dụng vào hệ phân tán. Ví dụ 2: Trở lại với ví dụ 1 và bổ sung các điểm như sau; ta giả sử rằng các tài nguyên e1, e2 và e3 được bố trí trên các trạm tương ứng S 1, S2 và S3. Nếu trạm Si chỉ nhận thông cáo tương ứng với tài nguyên mà nó quản lý thì nó chỉ duy trì đồ thị Gi –hình ảnh thu nhỏ của G cho các giao dịch đã phát thông báo. Như vậy, sau khi đã thực hiện t32 , ta có các hình ảnh sau: Tại trạm S1 ta có T T đồ thị G1 1 3 e1 Hình 2.5. Đồ thị G1 trên trạm S1 sơ đồ tương tự tại trạm S2 là: Tại trạm S2 ta có T2 T1 e2 đồ thị G2 Hình 2.6. Đồ thị G2 trên trạm S2
15. còn tại S3 ta có sơ đồ: Tại trạm S3 ta có T3 T2 e2 đồ thị G3 Hình 2.7. Đồ thị G3 trên trạm S3 Rõ ràng, thông qua ba đồ thị trên đây, ta không phát hiện mạch khép kín dẫn đến tình trạng bế tắc.Nhưng, nếu ở hệ tập trung hay trạng thái không phải từng phần, ta có đồ thị sau đây: T1 e2 e1 T2 e3 T3 Hình 2.8. Phát sinh bế tắc Trong thực tế, mặc dầu không có đồ thị nào trong số này cho phép phát hiện sự hình thành một vòng lặp bế tắc, nhưng trên một trạm cho trước nào đó, ta lại không thể dự phòng bế tắc có kết quả được. b. Nguyên lý và thuyết minh phương pháp Ta sẽ thay thế vào điều kiện cung cấp trong đồ thị G không vòng lặp một điều kiện khác mạnh hơn, nhưng được kiểm tra bằng các thông tin cục bộ trên từng trạm. ’ Để làm được điều đó, ta thêm vào cho từng đồ thị G i hình ảnh thu nhỏ cho Si của đồ thị của một quan hệ trật tự toàn bộ chặt chẽ được xác định trên các tập hợp giao dịch. Quan hệ trật tự này có thể được nhờ phương tiện dấu. Điều kiện cung cấp tài nguyên là duy trì tình trạng không vòng lặp cho các đồ thị G i . Căn cứ theo cấu trúc, điều kiện này có thể được kiểm tra cục bộ trên từng trạm. Ta sẽ chỉ ra G có được tình trạng không vòng lặp như thế nào. Để làm việc đó, ta bắt đầu chỉ ra sự tồn tại của vòng trong G kéo theo sự tồn tại của vòng trong ít ’ nhất một G i . Ta ký hiệu T j >>Tk là quan hệ trật tự toàn phần chặt chẽ trên các giao ’ dịch. Lúc này, G i là hình ảnh thu nhỏ của trạm Si của đồ thị của quan hệ >> xác định bởi: Tj >>Tk Tj >Tk hay Tj >>Tk Giả sử rằng G có vòng lặp bao gồm một tập hợp của n giao dịch được đánh số từ 0 đến n-1 trong trật tự của vòng lặp của trật tự xác định bởi quan hệ
16. >. Giả sử rằng Tp là nguyên tố của tập hợp này đến trước tất cả các cái khác theo chiều của quan hệ >> và giả sử rằng q = p-1 modulo n. Ta có : Tp >>Tq vì Tp đến trước các cái khác Tj >Tk trong vòng lặp của đồ thị G Nếu S là số của trạm chứa tài nguyên bị cài then bởi T q và thuộc quyền sở ’ hữu của thông cáo của Tp thì G i chứa vòng lặp. c. Thuật toán Như vậy, thuật toán dự phòng được triển khai như sau: Stt Triển khai Việc cung cấp tài nguyên tại trạm S cho giao dịch T i được 1 tiến hành, nếu việc cung cấp đó không tạo ra vòng lặp trong ’ đồ thị G i Trong trường hợp bị từ chối, tiến hành được giao dịch trên 2 trạm S được đưa vào hàng đợi cục bộ tại S Khi tài nguyên được giải phóng, tất cả các tiến trình của 3 hàng đợi được kiểm tra nếu các yêu cầu của chúng có thể được thoả mãn Qui trình vận hành thuật toán được minh hoạ bởi ví dụ kề liền sau đây: Ví dụ 3: Ta hãy lấy lại ví dụ 1. Khi T 1 thực hiện t 12: v-loai-tru-th(e1), yêu cầu này vào xung đột với thông cáo a-loai-tru-th(e1) thực hiện bởi T 3. Như thế, cung T1- T3 được thành lập trong G. Lúc này, yêu cầu vẫn được chấp nhận vì T1>>T3. ’ Sau khi diễn ra việc cung cấp này, các đồ thị G i trên ba trạm sẽ như sau: T3 T2 T3 T1 T1 T2 Trạm S1 Trạm 2 Trạm S3 Hình 2.9. Trạng thái cung cấp tài nguyên trên 3 trạm Yêu cầu t22: v-loai-tru-th(e2) kéo theo trên trạm S 2 sự tạo nên cung T 2-T1 bị loại bỏ; bởi vì nó sinh ra vòng lặp trên S 2. Tương tự như vậy, yêu cầu t 32: v- loai-tru-th(e3) bị từ chối bởi vì nó tạo ra vòng lặp trên S 3. Nhưng ta cần lưu ý là nếu trật tự theo dạng T1,T2, T3 thì yêu cầu vừa nêu có thể được chấp nhận.
17. Thuật toán này đặt ra một nguyên tắc tương tự như các nhóm sắp xếp. Duy chỉ khác nhau có một điều là nó tránh được sự thiếu thốn vô hạn, bởi vì trật tự tổng quát được triển khai cho các giao dịch chứ không phải cho các tài nguyên. Một giao dịch trở nên rất cần thiết là giao dịch có thời gian chờ đợi dài nhất sau một khoảng thời gian xác định, nó đã trở thành giao dịch được ưu tiên nhất trên tất cả các trạm mà nó đã gởi thông điệp. 2.6.4.2 Thuật toán phát hiện bế tắc Khi các tài nguyên được sử dụng bởi giao dịch được xác định theo kiểu động trong quá trình thi hành giao dịch, các phương pháp dự phòng bế tắc dựa trên nền tảng các thông điệp không còn phù hợp nữa. Lúc này, ta phải sử dụng các phương pháp phát hiện và chữa trị. Phương pháp được mô tả bởi Menasce sẽ được trình bày. Phương pháp này đặt ra vấn đề sử dụng một đồ thị các tranh chấp mà việc kiểm tra các tranh chấp đó cho phép phát hiện bế tắc. Tương tự như thuật toán vừa nêu, mỗi trạm quản lý các đối tượng riêng của mình và việc phát hiện chỉ dựa vào thông tin cục bộ. Các trạm khởi sự các giao dịch bị treo được đề phòng phát sinh bế tắc (mà bế tắc này có thể phát hiện tại một trạm nào đó) cần phải đề ra các biện pháp chữa trị cho mình. a. Các định nghĩa: Ta cần xác định trong mọi thời điểm giữa hai giao dịch Tj và Tk quan hệ chặn trực tiếp như sau: Tj > Tk Tồn tại ít nhất một tài nguyên bị cài then bởi Tj và yêu cầu bởi Tk nhưng không được đáp ứng Quan hệ này được biểu hiện bằng một đồ thị gọi là đồ thị các xung đột hữu hiệu.Sự tồn tại một vòng lặp trong đồ thị này báo hiệu cho ta biết sẽ có bế tắc diễn ra. Một giao dịch “không bị chặn” có nghĩa là trong đồ thị biểu hiện bằng một nút mà tại đó không có cung nào dẫn đến. Giả sử rằng Tk là một giao dịch bị chặn. Tập hợp tất cả các giao dịch mà có thể đạt được bằng cách chạy khắp các cung xuất phát từ Tk , theo chiều ngược lại với hướng của chúng, và gọi là tập hợp các chặn của Tk , ký hiệu E(Tk). Các giao dịch thuộc vào E(Tk) là các giao dịch có nguồn gốc từ sự chặn của Tk . Tại một thời điểm cho trước, đồ thị các xung đột hữu hiệu sinh ra các quan hệ chặn tồn tại giữa các giao dịch của hệ. ta kí hiệu B(T k) là tập hợp các giao dịch bị chặn do T k , nghĩa là các giao dịch có thể đạt được bằng cách chạy khắp các cung xuất phát từ Tk. Ví dụ 1: Cho đồ thị xung đột hữu hiệu như sau: T1 T2 T4 T5 T3
18. Hình 2.10. Đồ thị các xung đột hữu hiệu Các giao dịch không bị chặn là T3, T4, T5 Ta có: E(T5) = T2, T3, T4, T5 B(T5) = T1, T3 Đồ thị các xung đột hữu hiệu chứa vòng lặp nếu và chỉ nếu tồn tại giao dịch Tk. mà tập hợp chặn của nó chứa một giao dịch bị chặn bởi Tk.: k: B(Tk.)  E(Tk.) 0 Tồn tại vòng lặp Nếu ta không muốn duy trì trên mỗi trạm một bản sao của đồ thị tổng quát thì cần phải xây dựng một ảnh cục bộ cho phép đánh giá các điều kiện vừa nêu trên. Đó là điều mà ta thực hiện trong giải thuật sau đây: b. Thuật toán: Ta kí hiệu S(Tk.) là trạm nguồn của giao dịch Tk Để cho mỗi giao dịch Tk., trạm S(Tk.) duy trì các tập hợp B(Tk.) và E(Tk.). Việc cập nhật E(Tk.) cần phải được biểu hiện trên tất cả các trạm nguồn của các giao dịch thuộc B(T k.). Thực tế, giao dịch bị chặn T k. là phần tử của toàn bộ tập hợp chặn của các giao dịch thuộc B(Tk.). Giả sử rằng Tk. đã yêu cầu một tài nguyên e của trạm S i nào đó. Trên trạm này, ta thực hiện các phép toán sau đây: STT Phép toán Nếu e là có sẵn để dùng, yêu cầu được thoả mãn và ta ghi 1 nhận là Tk. đang có tài nguyên. Nếu e đã được cung cấp cho giao dịch T j thì thông điệp “Tj 2 chặn Tk.” được truyền cho trạm S(Tj.) và S(Tk.). Sau này (j, k) chỉ một thông điệp như vậy. Khi nhận một thông điệp (j, k) trên một trạm S nào đó, ta thực hiện các tác động sau đây: 1. Trên trạm S(T j.) nguồn của giao dịch chặn T k. , ta thêm Tk. vào tập hợp B(Tj.) và kiểm tra rằng ta không làm phát sinh bế tắc, có nghĩa là: B(Tj.)  E(Tj.) = 0. Ta gửi tiếp tục thông điệp (l, k) về phía các trạm nguồn của các giao dịch Tl chặn T j nhằm cho phép các trạm S(T k.) cập nhật các tập hợp BB(T l.) của các
19. giao dịch bị chặn bởi T l. Song song với tác động trên, các thông điệp (l, k) được gửi về trạm nguồn của các giao dịch T k. để cập nhật tập hợp E(T k.) của các giao dịch bị chặn Tk 2. Trên trạm S(Tk.) nguồn của giao dịch bị chặn Tk., Ta thêm Tj cho tập hợp E(Tk.) và kiểm tra không có bế tắc, có nghĩa là: B(Tj.)  E(Tk.) = 0. Ta gửi tiếp tục (j,m) về phía các trạm nguồn của các giao dịch T m bị chặn bởi Tk. nhằm cho phép các trạm S(T m.) cập nhật các tập hợp E(T m.) của các giao dịch chặn Tm. Các khuyến nghị giải phóng dẫn đến thuật toán đối xứng mà ta không có điều kiện giới thiệu ở đây. Ví dụ 2: Hãy xét 3 trạm S1, S2 và S3. Mỗi trạm Si chứa đối tượng ei và là nguồn giao dịch của Ti: T1 T2 T3 v-loai-tru-th(e1) v-loai-tru-th(e2) v-loai-tru-th(e3) v-loai-tru-th(e2) v-loai-tru-th(e3) v-loai-tru-th(e1) Ta hãy tưởng tượng rằng tại thời điểm mà tất cả các giao dịch đã được thực hiện có kết quả phép toán đầu tiên của then cài. Khi đó chuyển sang thời điểm của phép toán thứ hai, Các giao dịch đều bị chặn. Điều đó kéo theo các sự kiện sau đây: T1 trên S2 đề nghị cung cấp e2 có trên T2; S2 gửi (2,1) cho S1 và S2, từ đó ta có: E(T1.)= T2 B(T1.)= 0 B(T2.)= T1 E(T2.)= 0 T2 trên S3 đề nghị cung cấp e3 có trên T3; S3 gửi (3,2) cho S2 và S3, từ đó ta có: B(T3.)= T2 B(T3.)= 0 E(T2.)= T3 E(T2.)= T1 S2 gửi(3,1) cho S1 và từ đó sinh ra: E(T1.)= T2 ,T3 B(T1.)= 0 T3 trên S3 đề nghị cung cấp e1 có trên T1; S1 sinh ra T3 trong B(T1.) và ta ghi nhận là: E(T1.)  B(T1.) = T3 Như vậy, bế tắc được phát hiện trên S1. 2.7 Kết luận Hai thuật toán vừa được giới thiệu ở trên xuất phát từ cơ sở cùng một nguyên lý tương tự. Đó là sự thiếu chắc chắn của trạng thái các trạm xa phát sinh vấn đề lưu trữ một “giới hạn an toàn” nhất định.
20. Nhưng bản thân hai thuật toán này, khi triển khai lại cho phép sử dụng các kỹ thuật khác nhau. Trong thuật toán dự phòng, ta kiểm tra trên trạng thái từng phần một điều kiện mạnh hơn điều kiện tối thiểu. Trong thuật toán phát hiện, ta có trong một trạm trạng thái của các trạm khác. Thông thường, mỗi trạm đều nhận các thông tin dư thừa.
21. Chương 3. BÀI TẬP Dùng phương pháp sắp xếp các giao dịch của Lomet hãy xác định cho trạm i thuật toán cập nhật đồ thị cục bộ khi nhận thông điệp mới có đóng dấu H(ANj) đến từ trạm j. Ta cần phải đảm bảo rằng một thông điệp ANk nào đó như H(ANj)>H(ANk) được xếp trước ANj ngay cả khi nó chỉ đến trạm i sau ANj. Ngoài ra, ta còn giả sử rằng mỗi trạm j có thể gửi cho chính trạm i nhiều thông điệp AN'j, AN''j, AN'''j, liên quan đến các giao dịch khác nhau. Để giải quyết vấn đề trên, ta cần phải giải quyết các vấn đề sau: 1. Trước khi có thông điệp gửi tới từ trạm j, tại trạm i lúc này duy trì đồ thị cục bộ với nhiệm hình thành trật tự cho các giao dịch. Các giao dịch trên trạm i tại thời điểm trước khi có thông điệp H(AN j) được sắp xếp trong hàng đợi, tiêu chí sắp xếp là dấu của các thông điệp. Trạm phát được gắn một giá trị gọi là dấu. Giá trị này có tính chất thời điểm cho trạm phát thông tin và dựa vào đồng hồ lô- gích cục bộ của chính trạm đó. Các đồng hồ được lấy thông qua hội thoại giữa các trạm. Trạm i của mạng có thể gửi cho các trạm khác thông điệp có dạng (T, Hi, i) trong đó Hi là dấu của thông điệp tức là đồng hồ lô gích của nó và T có thể nhận một trong ba giá trị REQ, REL và ACQ. REQ: được phát đi cho tất cả các trạm khi trạm i muốn vào trong đoạn găng. REL: được phát đi cho tất cả các trạm khi trạm i đã rời khỏi đoạn găng. ACQ: được gửi bởi trạm j cho trạm i khi trạm j đã nhận được từ trạm i thông điệp REQ Giả sử rằng, tại thời điểm thông báo của trạm j gửi tới, đồng hồ thời gian lô gích của trạm i sẽ thực hiện phép toán: Nếu Hi thì Hi:= Hj+1; Kết thúc nếu và thông điệp H(ANj) được xếp vào hàng đợi. 2. Tại trạm i có tài nguyên ei, phương pháp Lomet nhằm sắp xếp trật tự các giao dịch để chống xung đột xảy ra chứ không áp dụng cho các tài nguyên. Điều kiện cung cấp tài nguyên là duy trì tình trạng không vòng lặp cho các đồ thị G i . Căn cứ theo cấu trúc, điều kiện này có thể được kiểm tra cục bộ trên từng trạm. Ta sẽ chỉ ra G có được tình trạng không vòng lặp như thế nào. Để làm việc đó, ta bắt đầu chỉ ra sự tồn tại của vòng trong G kéo theo sự tồn tại của vòng trong ít nhất một G’i. Trên trạm i có tài nguyên ei, giao dịch Ti và ký hiệu trạm là Si. Trạm j có tài nguyên ej, giao dịch Tj và ký hiệu trạm là S j. Giữa giao dịch T i và Tj hình thành quan hệ:
22. Ti Tj ei Xét xem có vòng lặp trong G không: Ti1: phát thông báo a_loaitru_th(ei, ej) Ti2 : v_loaitru_th(ej) Tj1: a_loaitru_th(ej, ei) Tj2 : v_loaitru_th(ei) vậy giữa giao dịch T i1 và Tj2 hình thành một cung trong G, sau khi xảy ra việc này ta phân giải đồ thị G’i trên trạm i như sau: Ti Tj Nếu đã hình thành cung Ti -> Tj thì các yêu cầu khác tạo nên các cung giữa các cặp giao dịch khác như : Ti+1 Tj+1 Ti+n Tj+m sẽ bị từ chối. 3. Để đảm bảo rằng một thông điệp AN k nào đó như H(ANj)>H(ANk) được xếp trước ANj ngay cả khi nó chỉ đến trạm i sau AN j. Ngoài ra, ta còn giả sử rằng mỗi trạm j có thể gửi cho chính trạm i nhiều thông điệp AN' j, AN''j, AN'''j, liên quan đến các giao dịch khác nhau: Do sử dụng đồng hồ logich và mỗi Gi là hình ảnh thu nhỏ của G nên mặc dù thông điệp ANk đã phát đi và được đóng dấu H(AN k), nhưng còn lang thang trên đường và đến trạm i sau thì trạm i vẫn có hình ảnh về thông điệp của AN k. Vì vậy trạm i vẫn sắp xếp ANk vào hàng đợi dựa trên dấu H(ANk). Để đảm bảo được như vậy thì phải đảm tính gắng bó dữ liệu mạnh. Tại mọi lúc mọi nơi thì hình ảnh thu nhỏ của G trên i là tức thời, nêu không đảm bảo được tinh gắng bó mạnh thì thông điệp AN k sẽ đến sau ANj hoặc mất thông điệp mặc dù ANk phát thông điệp trước.
23. Chương 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Lê Văn Sơn, Hệ tin học phân tán, NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2002. [2] Nguyễn Gia Định, Nguyễn Kim Tuấn, Nguyên lý hệ điều hành, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2005. [3] Distributed systems, george coulouris – jean dollimore – tim kindberg, pearson education, 2005.
24. PHỤ LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1. BẾ TẮC TRONG HỆ TẬP TRUNG 2 1.1 Bế tắc 2 1.2 Điều kiện hình thành bế tắc 3 1.2.1 Loại trừ lẫn nhau (Mutual excution) hay độc quyền sử dụng 3 1.2.2 Giữ và đợi (Hold and wait) 3 1.2.3 Không ưu tiên (No preemption) 3 1.2.4 Đợi vòng tròn (Circular wait) 4 1.3 Các phương pháp sử dụng trong hệ tập trung để xử lý bế tắc: 4 1.3.1 Phương pháp dự phòng 4 1.3.2 Phương pháp phát hiện và chữa trị 4 1.3.3 Kết luận 4 Chương 2. BẾ TẮC TRONG HỆ PHÂN TÁN 5 2.1 Một số khái niệm 5 2.2 Cung cấp tài nguyên duy nhất 6 2.3 Truy cập bởi server duy nhất 7 2.4 Truy cập tương tranh có điều khiển 7 2.5 Cung cấp một tập hợp các tài nguyên - Vấn đề bế tắc 8 2.6 Phân tán chức năng cung cấp 9 2.6.1 Duy trì tính duy nhất của trạng thái tài nguyên 9 2.6.2 Phân tán biểu hiện trạng thái và chức năng cung cấp 9 2.6.3 Các phương pháp cung cấp sử dụng trạng thái tổng quát 10 2.6.4 Các phương pháp cung cấp theo kiểu sử dụng trạng thái từng phần 11 2.6.4.1 Thuật toán dự phòng bế tắc 12 2.6.4.2 Thuật toán phát hiện bế tắc 14 2.7 Kết luận 17 Chương 3. BÀI TẬP 18 Chương 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 20