Algoritmos de Sincronización. La Sincronización es el proceso por el cual dos componentes intercambian datos o información. Los datos intercambiados pueden afectar la información uno o de ambos componentes. Se dice que esto se hace por medio de protocolos de sincronización, donde ambos componentes "conocen" la forma de intercambio de datos. La importancia de la sincronización radica en el mantenimiento de la confiabilidad e integridad de la información. Entre los protocolos se encuentran los siguientes: Slow sync : En términos generales cuando se va a sincronizar con este protocolo la pda transfiere todos los datos hacia el PC. y compara uno a uno los registro para ver cual ha sufrido cambios, se ha borrado o ha sido adicionado. Fast sync : Este protocolo de sincronización es mucho más rápido que el anterior y se basa en que sólo pasan al servidor los datos que han tenido modificaciones, en otras palabras, los datos que no han sufrido cambios, borrados o adiciones no se sincronizan. Per-To-Per: es otro protocolo de sincronización donde todos y cada uno de los dispositivos se sincronizan sin la necesidad de un computador centrar o servidor como ocurre en el caso del protocolo Intellisync anywhere. No esta demás hacer énfasis en que la sincronización es un proceso diferente al de transmisión de información. No se deben confundir estos términos por muy similares que parezcan. El lector puede buscar información de este tema por el nombre de Conduit.
Sincronización en los sistemas distribuidos. Algoritmos para la Sincronización de Relojes La sincronización de relojes en un sistema distribuido consiste en garantizar que los procesos se ejecuten en forma cronológica y a la misma vez respetar el orden de los eventos dentro del sistema. Para lograr esto existen varios métodos o algoritmos que se programan dentro del sistema operativo, entre los cuales tenemos: Este algoritmo está basado en el uso del tiempo coordenado universal (siglas en inglés, UTC), el cual es recibido por un equipo dentro del sistema distribuido. Este equipo, denominado receptor de UTC, recibe a su vez solicitudes periódicas del
tiempo del resto de máquinas del sistema a cada uno de los cuales les envía una respuesta en el menor plazo posible informando el tiempo UTC solicitado, con lo cual todas las máquinas del sistema actualicen su hora y se mantenga así sincronizado todo el sistema. El receptor de UTC recibe el tiempo a través de diversos medios disponibles, entre los cuales se menciona las ondas de radio, Internet, entre otros. Un gran problema en este algoritmo es que el tiempo no puede correr hacia atrás: El tiempo del receptor UTC no puede ser menor que el tiempo de la máquina que le solicitó el tiempo. El servidor de UTC debe procesar las solicitudes de tiempo con el concepto de interrupciones, lo cual incide en el tiempo de atención. El intervalo de transmisión de la solicitud y su respuesta debe ser tomado en cuenta para la sincronización. El tiempo de propagación se suma al tiempo del servidor para sincronizar al emisor cuando éste recibe la respuesta.
Algoritmo de Cristian Un sistema distribuido basado en el algoritmo de Berkeley no dispone del tiempo coordenado universal (UTC); en lugar de ello, el sistema maneja su propia hora. Para realizar la sincronización del tiempo en el sistema, también existe un servidor de tiempo que, a diferencia del algoritmo de Cristian, se comporta de manera activa. Este servidor realiza un muestreo periódico del tiempo que poseen algunas de las máquinas del sistema, con lo cual calcula un tiempo promedio, el cual es enviado a todas las máquinas del sistema a fin de sincronizarlo.
Algoritmo con Promedio Este algoritmo no dispone de un servidor que controle, centralice y mantenga la sincronización del tiempo en el sistema. A diferencia de ello, cada máquina del sistema informa su hora local con cada mensaje que requiera enviar a otra máquina o máquinas del sistema. A partir de ese momento, cada máquina inicializa localmente un cronómetro, cuya duración es de intervalo y longitud fija. A partir de ese momento, cada máquina promedia su hora local con el uso de las horas que le informan el resto de las máquinas que interactúan con ella.
Algoritmos para la Exclusión Mutua Estos algoritmos están definidos para asegurar el cumplimiento de exclusión mutua entre procesos que requieren acceder a una región crítica del sistema.
Este algoritmo simula la filosofía de operación de exclusión mutua utilizada en sistemas monoprocesadores. Para ello, existe una máquina en el sistema distribuido que se encarga de controlar el acceso a las diferentes secciones críticas, la cual es denominada coordinador. Cada proceso del sistema que requiera acceso a una sección crítica, debe solicitar acceso al coordinador, el cual lo otorgará en caso que la sección crítica esté disponible; caso contrario, colocará en una cola de espera al proceso solicitante. Cuando un proceso que recibió acceso a la sección crítica culmina su tarea, informa por igual al coordinador a fin de que éste pueda otorgar acceso a un próximo proceso solicitante o que se encuentre en cola de espera. Este algoritmo presenta una gran limitante, consistente en que el coordinador representa un único punto de control para el acceso a las diferentes secciones críticas del sistema distribuido, lo cual se convierte en un cuello de botella que puede afectar la eficiencia de los procesos que se ejecutan en el sistema. Igualmente, cualquier falla que presente el coordinador ocasionará la paralización de los procesos.
Centralizado Distribuido Este algoritmo fue desarrollado a fin de eliminar el problema latente en el algoritmo centralizado. Por lo tanto, su enfoque está basado en no disponer de un único coordinador para el control de acceso a las secciones críticas del sistema distribuido. En este sentido, cada proceso que requiere acceso a una sección crítica, envía su solicitud a todos los procesos existentes en el sistema, identificándose a sí mismo y a la sección crítica que desea acceder. Cada proceso receptor envía su respuesta al proceso solicitante, indicando una de las siguientes posibles respuestas: Sección crítica no en uso por el proceso receptor. Mensaje de respuesta: OK. Sección crítica en uso por el proceso receptor. Mensaje de respuesta: no aplica, coloca al proceso emisor en cola de espera. Sección crítica no en uso pero solicitada por el proceso receptor. Mensaje de respuesta: OK, si la solicitud es anterior a la del receptor. Mensaje de respuesta: No aplica, si la solicitud es posterior a la del receptor, coloca al proceso de emisor en cola de espera. Sin embargo, este algoritmo
también contiene un problema, consistente en que si un proceso presenta una falla no podrá enviar su respuesta ante la solicitud de un proceso emisor, por lo cual esto será interpretado como una negación de acceso, bloqueando a todos los procesos que soliciten acceso a cualquier sección crítica. Este algoritmo establece un anillo lógico de procesos, controlado por software, a través del cual se hace circular una ficha o testigo (token) entre cada proceso. Cuando un proceso recibe la ficha, puede entrar a una sección crítica si lo requiere, procesar todas sus tareas, abandonar la sección crítica y entregar la ficha al próximo proceso del anillo. Este proceso se repite continuamente en el anillo de procesos. Cuando un proceso recibe la ficha y no requiere entrar a una sección crítica, pasa la ficha inmediatamente al siguiente proceso. Este algoritmo contiene una debilidad, asociada a la posible pérdida de la ficha de control para el acceso a las secciones críticas. Si esto ocurre, los procesos del sistema asumirán que la ficha está en uso por algún proceso que se encuentra en la sección crítica.
De Anillo de Fichas (Token Ring) Estos algoritmos están diseñados para elegir un proceso coordinador. En los mismos, se garantiza que una vez realizada la elección del proceso coordinador, la misma concluya con el acuerdo de todos los procesos el sistema en la elección de un nuevo coordinador.
De Elección Del Grandulón (García Molina) Este algoritmo se inicia cuando un proceso cualquiera determina que no hay respuesta a las solicitudes hechas al proceso coordinador. En este momento, este proceso envía a todos los procesos mayores que él un mensaje de elección del nuevo coordinador, lo cual puede conllevar a los siguientes escenarios: Un proceso, con un número mayor que el proceso emisor del mensaje, responda OK, con lo cual queda elegido como coordinador del sistema. Ningún proceso responde el mensaje de elección, con lo cual el proceso emisor queda electo como proceso coordinador.
De Anillo Este algoritmo opera de manera similar al algoritmo del Grandulón, con la diferencia que en este método se presenta las siguientes variantes: El mensaje de elección se hace circular a todos los procesos del sistema, y no solo a los procesos mayores que el emisor. Cada proceso inscribe en el mensaje su identificación. Una vez que el mensaje completa el anillo y regresa a proceso emisor, quien establece como nuevo coordinador al proceso con el número mayor. Se hace circular a través del anillo un nuevo mensaje indicando quién es el coordinador del sistema.
Sincronización de sistemas distribuidos Sincronización de relojes Un sistema distribuido debe permitir el apropiado uso de los recursos, debe encargarse de un buen desempeño y de la consistencia de los datos, además de mantener seguras todas estas operaciones La sincronización de procesos en los sistemas distribuidos resulta más compleja que en los centralizados, debido a que la información y el procesamiento se mantienen en diferentes nodos. Un sistema distribuido debe mantener vistas parciales y consistentes de todos los procesos cooperativos y de cómputo. Tales vistas pueden ser provistas por los mecanismos de sincronización. El término sincronización se define como la forma de forzar un orden parcial o total en cualquier conjunto de eventos, y es usado para hacer referencia a tres problemas distintos pero relacionados entre sí. La sincronización entre el emisor y el receptor.2.La especificación y control de la actividad común entre procesos cooperativos.3.La serialización de accesos concurrentes a objetos compartidos por múltiples procesos. Haciendo referencia a los métodos utilizados en un sistema centralizado, el cual hace uso de semáforos y monitores; en un sistema distribuido se utilizan algoritmos distribuidos para sincronizar el trabajo común entre los procesos y estos algoritmos
Algoritmos para la Sincronización de Relojes La sincronización de relojes en un sistema distribuido consiste en garantizar que los procesos se ejecuten en forma cronológica y a la misma vez respetar el orden de los eventos dentro del sistema. Para lograr esto existen varios métodos o
algoritmos que se programan dentro del sistema operativo, entre los cuales tenemos:
Algoritmo de Cristian Este algoritmo está basado en el uso del tiempo coordenado universal (siglas en inglés, UTC), el cual es recibido por un equipo dentro del sistema distribuido. Este equipo, denominado receptor de UTC, recibe a su vez solicitudes periódicas del tiempo del resto de máquinas del sistema a cada uno de los cuales les envía una respuesta en el menor plazo posible informando el tiempo UTC solicitado, con lo cual todas las máquinas del sistema actualicen su hora y se mantenga así sincronizado todo el sistema. El receptor de UTC recibe el tiempo a través de diversos medios disponibles, entre los cuales se menciona las ondas de radio, Internet, entre otros. Un gran problema en este algoritmo es que el tiempo no puede correr hacia atrás:
El tiempo del receptor UTC no puede ser menor que el tiempo dela máquina que le solicitó el tiempo. El servidor de UTC debe procesar las solicitudes de tiempo con el concepto de interrupciones, lo cual incide en el tiempo de atención. El intervalo de transmisión de la solicitud y su respuesta debe ser tomado en cuenta para la sincronización. El tiempo de propagación se suma al tiempo del servidor para sincronizar al emisor cuando éste recibe la respuesta.
Algoritmo de Berkeley Un sistema distribuido basado en el algoritmo de Berkeley no dispone del tiempo coordenado universal (UTC); en lugar de ello, el sistema maneja su propia hora. Para realizar la sincronización del tiempo en el sistema, también existe un servidor de tiempo que, a diferencia del algoritmo de Cristian, se comporta de manera activa. Este servidor realiza un muestreo periódico del tiempo que poseen algunas de las máquinas del sistema, con lo cual calcula un tiempo promedio, el cual es enviado a todas las máquinas del sistema a fin de sincronizarlo.
Sincronización en sistemas distribuidos El problema que existe en un sistema distribuido, es determinar el orden particular sobre cualquier conjunto de eventos en un sistema distribuido. Existen dos grupos de mecanismos de sincronización: centralizados y distribuidos.
Mecanismos de sincronización centralizada Estos son los mecanismos que se basan en la existencia de una unidad de sincronización centralizada, la cual debe tener un nombre único conocido para todos los procesos que requieren ser sincronizados Se designa un nodo como nodo de control y su tarea es administrar el acceso a los recursos compartidos. Este nodo también almacena información relevante sobre todos los procesos que realizan alguna petición. A continuación se hace una distinción de diferentes mecanismos centralizados.
Algoritmos no basados en paso de mensajes Algoritmo de Lamport .Fue el primer algoritmo propuesto para lograr la exclusión mutua en redes cuyos nodos se comuniquen solamente mediante mensajes y que no compartan memoria. Fue propuesto por Lamport en 1978. El objetivo de la propuesta de Lamport es obtener un algoritmo que cumpla con las siguientes condiciones: Un proceso que posee a un recurso, debe liberarlo antes de que sea otorgado a otro proceso. Se deben entregar los derechos sobre un recurso en el orden en que se hicieron todas las solicitudes de uso del recurso. A continuación se describe el algoritmo para resolver la exclusión mutua (por conveniencia, se asume que las acciones definidas por cada regla son para un solo evento). Solicitud de recurso de su cola de peticiones. El algoritmo anterior es un algoritmo distribuido, pues no existe un proceso central desincronización o almacenamiento central. Independientemente, cada nodo lo ejecuta y se requieren 3*(N-1) mensajes por sección crítica (N representa el número de procesos).Una característica importante en este algoritmo es que cada proceso requiere conocer la locación exacta del recurso al que desea acceder.
RELOJ FÍSICO La idea es proveer de un único bloque de tiempo para el sistema. Los procesos pueden usar la marca física del tiempo provista o leída de un reloj central para expresar algún orden en el conjunto de acciones que inician. La principal ventaja de este mecanismo es la simplicidad, aunque existen varios inconvenientes: el correcto registro del tiempo depende en la posibilidad de recibir correctamente y en todo momento, el tiempo actual desplegado por el reloj físico; los errores de transmisión se convierten en un impedimento para el orden deseado, el grado de exactitud depende de las constantes puestas en el sistema.
Los valores de tiempo asignados a los eventos no tienen por qué ser cercanos a los tiempos reales en los que ocurren. En ciertos sistemas es importante la hora real del reloj: Se precisan relojes físicos externos (más de uno). Se deben sincronizar: Con los relojes del mundo real. Entre sí. Desde antiguo el tiempo se ha medido astronómicamente. Se considera el día solar al intervalo entre dos tránsitos consecutivos del sol, donde el tránsito del sol es el evento en que el sol alcanza su punto aparentemente más alto en el cielo .El segundo solar se define como 1 / 86.400 de un día solar. Como el período de rotación de la tierra no es constante, se considera el segundo solar promedio de un gran número de días. Los físicos definieron al segundo como el tiempo que tarda Se tomó este número para que el segundo atómico coincida con el segundo solar promedio de 1958. : Operan estaciones de radio de onda corta o satélites de comunicaciones. Transmiten pulsos UTC con cierta regularidad establecida (cada segundo, cada0,5 mseg, etc.). Se deben conocer con precisión la posición relativa del emisor y del receptor: Se debe compensar el retraso de propagación de la señal. Si la señal se recibe por módem también se debe compensar por la ruta de la señal y la velocidad del módem. Se dificulta la obtención del tiempo con una precisión extremadamente alta.
SINCRONIZACIÓN DE RELOJES FÍSICOS Para conocer en qué hora del día ocurren los sucesos en los procesos de nuestro sistema distribuido Q, es necesario sincronizar los relojes de los procesos C con una fuente de tiempo externa autorizada. Esto es la SINCRONIZACIÓN EXTERNA. Y si los relojes están sincronizados con otro con un grado de precisión conocido, entonces podemos medir el intervalo entre dos eventos que ocurren en diferentes computadores llamando a sus relojes locales, incluso aunque ellos no estén necesariamente sincronizados con una fuente externa de tiempo. Esto es
SINCRONIZACION INTERNA. Definimos estos dos modos de sincronización más detalladamente, sobre un intervalo de tiempo real I:
Sincronización Externa: para una sincronización dada D>0, y para una fuente S de tiempo UTC,0,
TIEMPO LÓGICO Y RELOJES LÓGICOS Los relojes lógicos son aquellos por los cuales están ordenados los sucesos de una forma única. Para poder usar en general el tiempo físico se debe sincronizar perfectamente bien los relojes a lo largo de un sistema distribuido para poder así obtener el orden de cualquier par arbitrario de sucesos que ocurran en el, pero es poco probable que esto ocurra por que no se puede sincronizar perfectamente los relojes a lo largo de un sistema distribuido. Se puede utilizar un esquema que similar a la casualidad física, que se aplica en los sistemas distribuidos, para controlar el orden de algunos sucesos que ocurren en diversos procesos. La cual está basada en dos puntos sencillos y obvios. Cuando se envía un mensaje entre procesos, el suceso de enviar el mensaje ocurrió antes del de recepción del mismo.
RELOJES VECTORIALES. Mattern y Fidge desarrollaron relojes vectoriales para mejorar la deficiencia de losrelojes de Lamport, del hecho que no podemos deducir que un reloj vectorial para un sistema de N procesos es un vector de N enteros .Cada proceso mantiene su propio reloj vectorial Vi, que utiliza para colocar marcas de tiempo en los sucesos locales. Como las marcas de tiempo de Lamport, cada proceso adhiere el vector de marcas de tiempo en los mensajes que envía al resto, y hay unas reglas sencillas para actualizar los relojes. Los vectores de marcas de tiempo tienen la desventaja, comparados con las marcas de tiempo de Lamport, de precisar una cantidad de almacenamiento y de carga real de mensajes que es proporcional a N, el número de procesos.
