Sistemas Distribuídos - Aula 09 - Tempos, Relogios e Sincronizacao de Tempo

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Published on May 8, 2014

Author: ArthurEmanuel

Source: slideshare.net

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Tempos, Relogios e Sincronizacao de Tempo

SISTEMAS DISTRIBUÍDOS TEMPO, RELÓGIO E SINCRONIZAÇÃO DE TEMPO ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA CAROSIA 1

ROTEIRO Introdução Relógios, eventos e estados de processo Sincronização de Tempo em Sistemas Distribuídos 2

ROTEIRO Introdução Relógios, eventos e estados de processo Sincronização de Tempo em Sistemas Distribuídos 3

INTRODUÇÃO • Em sistemas centralizados o tempo não é ambíguo • Núcleo do SO informa tempo aos processos • P1 solicita hora • P2 solicita hora depois de P1 • tempo(P2) >= tempo(P1) • Em SDs, cada máquina tem sua própria percepção do tempo • P1 no host1, P2 no host2 se comunicam em ambiente com potencial diferença de tempo • Não há noção de tempo global 4

INTRODUÇÃO • Porque sincronizar os relógios em um sistema distribuído? • Monitorar sistemas distribuídos à medida em que a sua execução se desenrola; • Saber o momento exato em que eventos ocorrem, • ex.: para auditoria em transações bancárias. • Sincronização externa: • sincronizar os processos com uma fonte de tempo externa de referência. • Sincronização interna: • relógios de diferentes computadores são sincronizados com grau de precisão conhecido. 5

ROTEIRO Introdução Relógios, eventos e estados de processo Sincronização de Tempo em Sistemas Distribuídos 6

RELÓGIOS FÍSICOS Temporizador •Cristal de quartzo lapidado e usinado com precisão • Oscilam a frequências bem-definidas sob pressão • Associados ao cristal: • Contador • Registrador de retenção • Uma oscilação = uma unidade de contagem • Contador = 0 • gera uma interrupção e o contador é recarregado pelo registrador de retenção • A interrupção é denominada clock do relógio 7

TEMPO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • CPU’s múltiplas, cada uma com seu próprio relógio • Frequência de cada oscilador cristal é normalmente estável, no entanto: • Impossível garantir que todos os cristais funcionem na mesma frequência • Cristais, funcionando a taxas ligeiramente diferentes • Relógios fora de sincronia • Problema da defasagem do relógio 8

PROBLEMAS DE TEMPORIZAÇÃO • Como sincronizar os relógios com o mundo real? • Como sincronizar os relógios um com o outro em um sistema distribuído? 9

MEDIÇÃO DE TEMPO • Invenção dos relógios: séc. XVII • Tempo medido por meios astronômicos • Todo dia o Sol nasce no leste e se põe no oeste • Zênite é o ponto mais alto no céu alcançado pelo Sol • Passagem do Sol pelo zênite chama-se: trânsito solar • Trânsito solar ocorre aproximadamente ao meio-dia • Intervalo de dois trânsitos solares é um dia solar • Segundo solar= 1/86400 avos de um dia solar 10

MEDIÇÃO DE TEMPO 11

MEDIÇÃO DE TEMPO • O relógio atômico • Surgido em 1948 • Mede o tempo com mais exatidão, independente dos movimentos da Terra • Baseado nas transições do átomo de Césio 133 • Um segundo = “9.192.631.770 ciclos de radiação correspondente a transição entre dois níveis de energia do átomo de césio-133, no estado fundamental” • 1 Segundo atômico = 1 segundo solar médio do ano de medição • Usado para gerar o Tempo Atômico Internacional (TAI) 12

MEDIÇÃO DE TEMPO • Resumo • Medição do tempo baseado em segundos TAI (Tempo Atômico Internacional) constantes • Em fase com o movimento aparente do Sol • Hora Coordenada Universal (UTC) • UTC substitui o GMT (hora astronômica) • National Institute of Standard, em Colorado/USA • Time opera estações de ondas de rádio WWV para informar o tempo UTC 13

ROTEIRO Introdução Relógios, eventos e estados de processo Sincronização de Tempo em Sistemas Distribuídos 14

SINCRONIZAÇÃO DE TEMPO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • Se uma máquina tem um receptor WWV, • Deve-se manter as demais sincronizadas com o tempo real • Se não possui receptor WWV, • Deve-se manter o tempo o mais próximo possível. 15

SINCRONIZAÇÃO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • Problemas • Processos localizados em sistemas computacionais diferentes • Atrasos decorrente do tempo de rede • Há casos com diferencial de fuso horário 16

SINCRONIZAÇÃO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • Há um relógio que define o tempo comumente aceitado e pré-acordado • “C”é o valor do relógio • “p”é uma dada máquina • “t”é hora UTC • tempo na máquina p é Cp(t) • Ideal • R’p(t) = dC/dt = 1 17

SINCRONIZAÇÃO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • Temporizadores • Temporizadores reais não interrompem exatamente H vezes por segundo • Teoricamente, um temporizador H=60 deve gerar 216.000 ciclos por hora • O erro relativo de modernos chips estão em 10-5 18

SINCRONIZAÇÃO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS Relação entre a hora do relógio e a hora UTC quando as taxas de ciclos de relógios são diferentes 19

SINCRONIZAÇÃO EM SISTEMAS DISTRIBUÍDOS • Algoritmos de sincronização de tempo • Algoritmo de Cristian • Algoritmo de Berkeley • Algoritmo de Lamport 20

ALGORITMO DE CRISTIAN • Idéia geral • Clientes consultam um servidor de tempo com hora exata (WWV) • Hora fornecida enfrenta problema de atraso de atualização (demora para receber de volta a resposta) •Solução • Estimar atrasos 21

ALGORITMO DE CRISTIAN 22

ALGORITMO DE BERKELEY • Um daemon de tempo pergunta para todas as outras máquinas os valores marcados por seus relógios. • As máquinas respondem. • O daemon de tempo informa a todas as máquinas como devem ajustar seus relógios. 23

RELÓGIOS FÍSICOS • Para muitas finalidades é suficiente que todas as máquinas concordem em uma hora. • Só para algumas finalidades é necessário que a hora acordada seja idêntica ao tempo real. 24

RELÓGIOS LÓGICOS DE LAMPORT • Mecanismos para identificação de relações causais e cronológicas em sistemas distribuídos • Cada processo mantém um relógio lógico, que não necessariamente precisa ter relação com um relógio físico. • Os processos atualizam seus relógios lógicos e transmitem valores de seus relógios lógicos em mensagens. • Princípio de Lamport (1978) • Processos do sistema não precisam concordar na hora atual, mas sim na ordem em que os eventos ocorrem • Relógios do sistema não precisam estar sincronizados se os processos não interagem • Relógios são sincronizados para frente, nunca para trás 25

RELÓGIOS LÓGICOS DE LAMPORT • Para sincronizar relógios lógicos Lamport definiu: • Relação “acontece antes” • Notação: a →b é lida como “a acontece antes de b” • A relação é transitiva: • se a →b • b →c, • então a →c • Se a →b, então C(a) < C(b) • Se dois processos diferentes x e y não trocam mensagens • x →y e y →x não são verdadeiros 26

RELÓGIOS LÓGICOS DE LAMPORT Relógio lógico de Lamport em sistemas distribuídos. 27

RELÓGIOS LÓGICOS DE LAMPORT Cada processo Pi mantém um contador Ci • Antes de executar um evento Pi executa Ci = Ci + 1. • Quando um processo Pi envia uma mensagem m para Pj, ele ajusta a marca de tempo de m, ts (m) para igual a Ci após ter executado a etapa anterior. • Ao receber a mensagem m, o processos Pj ajusta seu próprio contador local para Cj = max{Cj, ts (m)}, e depois disto executa a primeira etapa e entrega a mensagem à aplicação 28

RELÓGIOS LÓGICOS DE LAMPORT Três processos, cada um com seu próprio relógio. Os relógios funcionam a taxas diferentes. 29

SISTEMAS DISTRIBUÍDOS TEMPO, RELÓGIO E SINCRONIZAÇÃO DE TEMPO ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA CAROSIA 30

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