Introducción a La Sincronización en Sistemas Distribuidos

Introducción a la Sincronización en Sistemas Distribuidos En sistemas con una única CPU las regiones críticas, la exclusión mutua y otros problemas de sincronización son resueltos generalmente utilizando mtodos como sem!"oros y monitores# Estos mtodos no se a$ustan para ser usados en sistemas distribuidos ya %ue in&ariablemente se  basan en la existencia de una memoria memoria compartida# 'ipos Sincronización de relo$es (lgoritmos para la Sincronización de )elo$es (lgoritmo de Cristian (lgoritmo de *er+eley )elo$es "i$os Exclusión utua (lgoritmos no basados en paso de mensa$es *lo%ueos en Sistemas Distribuidos Sincronización de )elo$es Un sistema distribuido debe permitir el apropiado uso de los recursos, debe encargarse de un  buen desempe-o y de la consistencia consistencia de los datos, adem!s adem!s de mantener seguras todas todas estas operaciones .a sincronización de procesos en los sistemas distribuidos resulta m!s comple$a %ue en los centralizados, debido a %ue la in"ormación y el procesamiento se mantienen en di"erentes nodos# Un sistema distribuido debe mantener &istas parciales y consistentes de todos los  procesos cooperati&os y de de cómputo# 'ales 'ales &istas pueden pueden ser pro&istas por los mecanismos mecanismos de sincronización# El trmino sincronización se de"ine como la "orma de "orzar un orden parcial o

total en cual%uier con$unto de e&entos, y es usado para /acer re"erencia a tres problemas distintos pero relacionados entre sí0 1# .a sincronización entre el emisor y el receptor# 2# .a especi"icación y control de la acti&idad común entre procesos cooperati&os# 3# .a serialización de accesos concurrentes a ob$etos compartidos por múltiples procesos# 4aciendo re"erencia a los mtodos utilizados en un sistema centralizado, el cual /ace uso de sem!"oros y monitores5 en un sistema distribuido se utilizan algoritmos distribuidos para sincronizar el traba$o común entre los procesos y estos algoritmos

.a in"ormación rele&ante se distribuye entre &arias m!%uinas# .os procesos toman las decisiones solo con base en la in"ormación disponible en "orma local# Debe e&itarse un único punto de "allo en el sistema#  6o existe un relo$ común o alguna otra "uente precisa del tiempo global# .os primeros tres puntos indican %ue es inaceptable reunir toda la in"ormación en un solo lugar  para su procesamiento, pero lograr la sincronización sin centralización re%uiere /acer las cosas distintas al caso de los sistemas operati&os tradicionales# El último punto tambin es crucial0 En un sistema centralizado el tiempo no es a mbiguo# En un sistema distribuido no es tri&ial poner de ac uerdo a todas las m!%uinas en la /ora# Se re%uiere un acuerdo global en el tiempo, pues la "alta de sincronización en los relo$es puede ser dr!stica en procesos dependientes del tiempo# .a pregunta es si es posible sincronizar todos los relo$es en un sistema distribuido#

(lgoritmos Para la Sincronización de )elo$es .a sincronización de relo$es en un sistema distribuido consiste en garantizar %ue los procesos se e$ecuten en "orma cronológica y a la misma &ez respetar el orden de los e&entos dentro del sistema# Para lograr esto existen &arios mtodos o algoritmos %ue se programan dentro del sistema operati&o, entre los cuales tenemos0 (lgoritmo de Cristian Este algoritmo est! basado en el uso del tiempo coordenado uni&ersal 7siglas en ingls, U'C8, el cual es recibido por un e%uipo dentro del sistema distribuido# Este e%uipo, denominado receptor de U'C, recibe a su &ez solicitudes periódicas del tiempo del resto de m!%uinas del sistema a cada uno de los cuales les en&ía una respuesta en el menor plazo posible in"ormando el tiempo

total en cual%uier con$unto de e&entos, y es usado para /acer re"erencia a tres problemas distintos pero relacionados entre sí0 1# .a sincronización entre el emisor y el receptor# 2# .a especi"icación y control de la acti&idad común entre procesos cooperati&os# 3# .a serialización de accesos concurrentes a ob$etos compartidos por múltiples procesos# 4aciendo re"erencia a los mtodos utilizados en un sistema centralizado, el cual /ace uso de sem!"oros y monitores5 en un sistema distribuido se utilizan algoritmos distribuidos para sincronizar el traba$o común entre los procesos y estos algoritmos

.a in"ormación rele&ante se distribuye entre &arias m!%uinas# .os procesos toman las decisiones solo con base en la in"ormación disponible en "orma local# Debe e&itarse un único punto de "allo en el sistema#  6o existe un relo$ común o alguna otra "uente precisa del tiempo global# .os primeros tres puntos indican %ue es inaceptable reunir toda la in"ormación en un solo lugar  para su procesamiento, pero lograr la sincronización sin centralización re%uiere /acer las cosas distintas al caso de los sistemas operati&os tradicionales# El último punto tambin es crucial0 En un sistema centralizado el tiempo no es a mbiguo# En un sistema distribuido no es tri&ial poner de ac uerdo a todas las m!%uinas en la /ora# Se re%uiere un acuerdo global en el tiempo, pues la "alta de sincronización en los relo$es puede ser dr!stica en procesos dependientes del tiempo# .a pregunta es si es posible sincronizar todos los relo$es en un sistema distribuido#

(lgoritmos Para la Sincronización de )elo$es .a sincronización de relo$es en un sistema distribuido consiste en garantizar %ue los procesos se e$ecuten en "orma cronológica y a la misma &ez respetar el orden de los e&entos dentro del sistema# Para lograr esto existen &arios mtodos o algoritmos %ue se programan dentro del sistema operati&o, entre los cuales tenemos0 (lgoritmo de Cristian Este algoritmo est! basado en el uso del tiempo coordenado uni&ersal 7siglas en ingls, U'C8, el cual es recibido por un e%uipo dentro del sistema distribuido# Este e%uipo, denominado receptor de U'C, recibe a su &ez solicitudes periódicas del tiempo del resto de m!%uinas del sistema a cada uno de los cuales les en&ía una respuesta en el menor plazo posible in"ormando el tiempo U'C solicitado, con lo cual todas las m!%uinas del sistema actualicen su /ora y se mantenga así sincronizado todo el sistema# El receptor de U'C recibe el tiempo a tra&s de di&ersos medios disponibles, entre los cuales se menciona las ondas de radio, Internet, entre otros# Un gran  problema en este algoritmo es %ue el tiempo no puede correr /acia atr!s0 El tiempo del receptor U'C no puede ser menor %ue el tiempo de la m!%uina %ue le solicitó el tiempo# El ser&idor de U'C debe procesar las solicitudes de tiempo con el concepto de interrupciones, lo cual incide en el tiempo de atención# El inter&alo de transmisión de la solicitud y su respuesta debe ser tomado en cuenta para la sincronización# El tiempo de propagación se suma al tiempo del ser&idor para sincronizar al emisor cuando ste recibe la respuesta# Para corregir el error se mide el tiempo %ue tarda en recibir la respuesta, desde %ue se en&ía el mensa$e de petición (# El tiempo se conoce como tiempo de &ia$e 7'9:ia$e8# El tiempo estimado de programación, en ausencias de otra in"ormación, ser! '9:ia$e; 2

Por lo %ue el cliente sincroniza su relo$ a '9U'C < '9:ia$e;2#

(lgoritmos Para la Sincronización de )elo$es .a sincronización de relo$es en un sistema distribuido consiste en garantizar %ue los procesos se e$ecuten en "orma cronológica y a la misma &ez respetar el orden de los e&entos dentro del sistema# Para lograr esto existen &arios mtodos o algoritmos %ue se programan dentro del sistema operati&o, entre los cuales tenemos0 (lgoritmo de Cristian Este algoritmo est! basado en el uso del tiempo coordenado uni&ersal 7siglas en ingls, U'C8, el cual es recibido por un e%uipo dentro del sistema distribuido# Este e%uipo, denominado receptor de U'C, recibe a su &ez solicitudes periódicas del tiempo del resto de m!%uinas del sistema a cada uno de los cuales les en&ía una respuesta en el menor plazo posible in"ormando el tiempo U'C solicitado, con lo cual todas las m!%uinas del sistema actualicen su /ora y se mantenga así sincronizado todo el sistema# El receptor de U'C recibe el tiempo a tra&s de di&ersos medios disponibles, entre los cuales se menciona las ondas de radio, Internet, entre otros# Un gran  problema en este algoritmo es %ue el tiempo no puede correr /acia atr!s0 El tiempo del receptor U'C no puede ser menor %ue el tiempo de la m!%uina %ue le solicitó el tiempo# El ser&idor de U'C debe procesar las solicitudes de tiempo con el concepto de interrupciones, lo cual incide en el tiempo de atención# El inter&alo de transmisión de la solicitud y su respuesta debe ser tomado en cuenta para la sincronización# El tiempo de propagación se suma al tiempo del ser&idor para sincronizar al emisor cuando ste recibe la respuesta# Para corregir el error se mide el tiempo %ue tarda en recibir la respuesta, desde %ue se en&ía el mensa$e de petición (# El tiempo se conoce como tiempo de &ia$e 7'9:ia$e8# El tiempo estimado de programación, en ausencias de otra in"ormación, ser! '9:ia$e; 2

Por lo %ue el cliente sincroniza su relo$ a '9U'C < '9:ia$e;2#

(lgoritmo de *er+eley Un sistema distribuido basado en el algoritmo de *er+eley no dispone del tiempo coordenado uni&ersal 7U'C85 en lugar de ello, el sistema mane$a su propia /ora# Para realizar la sincronización del tiempo en el sistema, tambin existe un ser&idor de tiempo %ue, a di"erencia del algoritmo de Cristian, se comporta de manera acti&a# Este ser&idor realiza un muestreo  periódico del tiempo %ue poseen algunas de las m!%uinas del sistema, con lo cual calcula un tiempo promedio, el cual es en&iado a todas las m!%uinas del sistema a "in de sincronizarlo#

= El demonio del tiempo en&ía un mensa$e con su /ora actual a todas las m!%uinas del sistema, incluyendo su misma m!%uina# = .as m!%uinas responden en&iando la di"erencia de su relo$ con la /ora recibida# = El demonio del calcula un tiempo promedio y le indica a todas las dem!s m!%uinas %ue a&ancen su relo$ a la nue&a /ora o %ue disminuyan la &elocidad del mismo /asta lograr cierta reducción especí"ica# En el algoritmo de Cristian el ser&idor de tiempo es pasi&o#

Por lo %ue el cliente sincroniza su relo$ a '9U'C < '9:ia$e;2#

(lgoritmo de *er+eley Un sistema distribuido basado en el algoritmo de *er+eley no dispone del tiempo coordenado uni&ersal 7U'C85 en lugar de ello, el sistema mane$a su propia /ora# Para realizar la sincronización del tiempo en el sistema, tambin existe un ser&idor de tiempo %ue, a di"erencia del algoritmo de Cristian, se comporta de manera acti&a# Este ser&idor realiza un muestreo  periódico del tiempo %ue poseen algunas de las m!%uinas del sistema, con lo cual calcula un tiempo promedio, el cual es en&iado a todas las m!%uinas del sistema a "in de sincronizarlo#

= El demonio del tiempo en&ía un mensa$e con su /ora actual a todas las m!%uinas del sistema, incluyendo su misma m!%uina# = .as m!%uinas responden en&iando la di"erencia de su relo$ con la /ora recibida# = El demonio del calcula un tiempo promedio y le indica a todas las dem!s m!%uinas %ue a&ancen su relo$ a la nue&a /ora o %ue disminuyan la &elocidad del mismo /asta lograr cierta reducción especí"ica# En el algoritmo de Cristian el ser&idor de tiempo es pasi&o# En el algoritmo de *er+eley el ser&idor de tiempo0 Es acti&o# )ealiza un muestreo periódico de todas las m!%uinas para preguntarles el tiempo# Con las respuestas0 Calcula un tiempo promedio# Indica a las dem!s m!%uinas %ue a&ancen su relo$ o disminuyan la &elocidad del mismo /asta lograr la disminución re%uerida#

= El demonio del tiempo en&ía un mensa$e con su /ora actual a todas las m!%uinas del sistema, incluyendo su misma m!%uina# = .as m!%uinas responden en&iando la di"erencia de su relo$ con la /ora recibida# = El demonio del calcula un tiempo promedio y le indica a todas las dem!s m!%uinas %ue a&ancen su relo$ a la nue&a /ora o %ue disminuyan la &elocidad del mismo /asta lograr cierta reducción especí"ica# En el algoritmo de Cristian el ser&idor de tiempo es pasi&o# En el algoritmo de *er+eley el ser&idor de tiempo0 Es acti&o# )ealiza un muestreo periódico de todas las m!%uinas para preguntarles el tiempo# Con las respuestas0 Calcula un tiempo promedio# Indica a las dem!s m!%uinas %ue a&ancen su relo$ o disminuyan la &elocidad del mismo /asta lograr la disminución re%uerida#

(lgoritmo de .amport0 .amport de"inió una relación llamada >ocurre antes de?# .a expresión ( 9@ * se lee0 ( ocurre antes de *# .a relación Aocurre antes deA cumple con las siguientes propiedades0 = Si ( y * son e&entos en el mismo proceso y ( ocurre antes de *, entonces ( 9@ * es &erdadero# = Si ( 9@ * y * 9@ C, entonces ( 9@ C# = Si dos e&entos B e  est!n en procesos di"erentes %ue no intercambian mensa$es, entonces B @  no es &erdadero, pero tampoco lo es  @ B# Se dice %ue son e&entos concurrentes#

= Si ( es el e&ento del en&ió de un mensa$e por un proceso y * es el e&ento de la recepción del mensa$e por otro, entonces ( 9@ * tambin es &erdadero# Un mensa$e no se puede recibir antes de ser en&iado o al mismo tiempo en %ue se en&ía, puesto %ue  tarda en llegar una cantidad fnita de tiempo.

(lgoritmo de .amport0 .amport de"inió una relación llamada >ocurre antes de?# .a expresión ( 9@ * se lee0 ( ocurre antes de *# .a relación Aocurre antes deA cumple con las siguientes propiedades0 = Si ( y * son e&entos en el mismo proceso y ( ocurre antes de *, entonces ( 9@ * es &erdadero# = Si ( 9@ * y * 9@ C, entonces ( 9@ C# = Si dos e&entos B e  est!n en procesos di"erentes %ue no intercambian mensa$es, entonces B @  no es &erdadero, pero tampoco lo es  @ B# Se dice %ue son e&entos concurrentes#

= Si ( es el e&ento del en&ió de un mensa$e por un proceso y * es el e&ento de la recepción del mensa$e por otro, entonces ( 9@ * tambin es &erdadero# Un mensa$e no se puede recibir antes de ser en&iado o al mismo tiempo en %ue se en&ía, puesto %ue  tarda en llegar una cantidad fnita de tiempo.

Relojes Físicos

La idea es proveer de un único bloque de tiempo para el sistema. Los procesos pueden usar la marca ísica del tiempo provista o leída de

= Si ( es el e&ento del en&ió de un mensa$e por un proceso y * es el e&ento de la recepción del mensa$e por otro, entonces ( 9@ * tambin es &erdadero# Un mensa$e no se puede recibir antes de ser en&iado o al mismo tiempo en %ue se en&ía, puesto %ue  tarda en llegar una cantidad fnita de tiempo.

Relojes Físicos

La idea es proveer de un único bloque de tiempo para el sistema. Los procesos pueden usar la marca ísica 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 ísico; los errores de transmisin 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 qu! ser cercanos a los tiempos reales en los que ocurren. "n ciertos sistemas es importante la #ora real del reloj:  $e precisan relojes ísicos externos %m&s de uno'.  $e deben sincroni(ar:  )on los relojes del mundo real.  "ntre sí 

Relojes Físicos

La idea es proveer de un único bloque de tiempo para el sistema. Los procesos pueden usar la marca ísica 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 ísico; los errores de transmisin 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 qu! ser cercanos a los tiempos reales en los que ocurren. "n ciertos sistemas es importante la #ora real del reloj:  $e precisan relojes ísicos externos %m&s de uno'.  $e deben sincroni(ar:  )on los relojes del mundo real.  "ntre sí