Sincronización de sistemas distribuidos (página 2)

2. 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.

1. 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.

1. 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.

2. Centralizado
3. 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 así 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.

1. 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.

2. 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.

3. De Elección
4. 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.

1. 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.

1. Transacciones Atómicas

Es un método de sincronización a alto
nivel, que a diferencia de los métodos
revisados hasta el momento, no ocupa al programador en los
aspectos de exclusión mutua, prevención de
bloqueos y recuperación ante fallos. Por el contrario,
este método orienta el esfuerzo del programador a los
verdaderos problemas y
esencia de la sincronización de sistemas
distribuidos.

El concepto de
transacciones atómicas consiste en garantizar que todos
los procesos que conforman una transacción deben
ejecutarse en forma completa y satisfactoria. De producirse
falla en alguno de los procesos, toda la transacción
falla, revirtiéndose la misma y procediéndose a
su reinicio.

1. PROCESOS Y
   PROCESADORES

1. Hilos de Procesos (Threads)

Hoy en día los sistemas
operativos pueden soportar múltiples hilos de control
dentro de un proceso. Dos características notorias en los
hilos de procesos es que comparten un único espacio de
direcciones, y a su vez, simulan un ejecútese de
múltiples procesos independientes como si fuera en
paralelo.

Solo en una maquina que tenga multiprocesador se pueden
ejecutar realmente procesos en paralelo. Los hilos se pueden
colocar en cuatro estados:

• En ejecución, cuando el proceso se
  esta ejecutando.
• Bloqueado, cuando un proceso depende de un
  recurso critico.
• Listo, cuando puede utilizarse
  nuevamente.
• Terminado, cuando culmina su
  tarea.

1. Implantación de un Paquete de
   Hilos

Existen dos formas de implantar los hilos:

1. En el usuario

Cuando se realiza la instalación de los
paquetes a nivel de usuario, el núcleo no debe saber de
su existencia, por lo cual el núcleo solo va a manejar
un único hilo. Los hilos se ejecutan en el sistema por
tiempo de ejecución en grupos de
procedimientos.
En el caso que el sistema o procedimiento
requiera suspender un hilo dentro de su manejo, almacena los
registros
del hilo en una tabla, busca los no bloqueados y vuelve a
cargar los registros de la máquina con los valores
iniciales.

Sus principales ventajas son:

• Cada proceso o hilo puede tener su propio algoritmo
  o planificación de proceso.
• El intercambio es más rápido, ya que
  se utilizan los identificadores en el
  núcleo.
• Tiene una mayor escalabilidad en el incremento de
  procesos.

1. En el Núcleo

A diferencia de la implementación en el
cliente, la
implementación en el núcleo no necesita el manejo
de tiempo de ejecución; cada proceso dentro del mismo
maneja su tabla de procesos, aunque esto signifique un costo mayor
en recursos de
máquina y tiempo de procesamiento.

Una de las ventajas más relevantes es que no se
requiere de llamadas de bloqueo al sistema.

1. GESTIÓN DE ARCHIVOS
   DISTRIBUIDOS

1. Estructura del Sistema de Archivos
   Distribuidos

Básicamente, un sistema de archivos distribuidos
está conformado por dos componentes principales, sobre las
cuales reposa todo el funcionamiento efectivo que permite a un
sistema distribuido almacenar programas y
datos,
así como mantenerlos disponibles a dicho sistema cuando
este lo necesite, en las tareas relevantes al acceso de lectura y
escritura.

Estos componentes son denominados servicio de
archivos y servicio de directorios, los cuales se pasan a
explicar de inmediato.

1. Este servicio, propio del sistema
   operativo, es el encargado de controlar y poner a
   disposición todas las operaciones, definiciones y
   características propias de los archivos del sistema.
   Este servicio no está relacionado en lo absoluto con
   el manejo de la lógica o significado interno de la
   data contenida en los archivos, ni mucho menos en la
   relación o jerarquización que esta data
   mantienen entre sí, puesto que todo ello es materia
   de interés y trabajo
   para los aplicativos que se ejecutan en el sistema y que
   acceden a estos datos contenidos en el archivo.

   Realmente el servicio de archivos del sistema
   operativo se encarga de establecer el método de
   acceso que dispondrán los archivos, así como
   la
   organización que tendrán
   físicamente los datos dentro de ellos. Dependiendo
   del tipo de distribución y sistema operativo, se
   podrá establecer la conformación de los
   archivos como cadenas secuenciales de bytes, o bien como
   agrupación lógica secuencial de registros
   identificables o no. De aquí parte obviamente el
   método de acceso que aceptarán estos archivos
   para su lectura y escritura. Por ello nos encontramos en
   cada sistema operativo, distribuido o no, definiciones
   propias del sistema de archivos; tal es el caso de los
   archivos VSAM o QSAM en la plataforma centralizada
   mainframe, o sistemas de archivos FAT32 o NTFS en el
   sistema distribuido Windows,
   así como Ext2/Ext3 en Linux,
   entre otros.

   Adicionalmente, el servicio de archivos tiene un
   papel primordial en cuanto al establecimiento de atributos
   o características de los archivos, con lo cual el
   sistema operativo establece políticas de acceso sobre los mismos.
   Aunque estos atributos no son parte de la data contenida en
   los archivos, permiten establecer parámetros de
   propiedad o autoría,
   permisología en el acceso bajo niveles de lectura,
   escritura, modificación y/o eliminación,
   así como atributos para bitácora de
   modificaciones.

2. Servicio de Archivos
3. Servicio de Directorios

Básicamente brinda las capacidades para la
creación y eliminación de directorios en el
sistema, los cuales contendrán internamente al conjunto
de archivos. Así mismo, el servicio de directorios
establece la estructura y
nomenclatura
que se aplicará a los nombres de archivos, así
como a los nombres de los propios directorios. De esta manera,
todas las piezas de software que requieran acceder datos
contenidos en los archivos deberán hacerlo bajo esta
nomenclatura.

1. Niveles de Jerarquía en un Sistema de
   Archivos Distribuidos

El servicio de directorios del sistema operativo,
permite que se establezca una relación de tipo
jerárquica entre los archivos. Esta relación, al
igual que se mencionó en la descripción del servicio de archivos, no
está asociada a la data interna de los archivos. En este
caso, se trata de mantener una relación jerárquica
de arriba hacia abajo en cuanto a la definición de
directorios dentro de directorios. Cuando entra en escena el
concepto de subdirectorios, se permite entonces la
agrupación lógica de archivos que guardan alguna
relación entre sí.

El hecho de que los directorios puedan contener
internamente subdirectorios, con una dimensionalidad
máxima establecida por el propio sistema operativo, da
origen a niveles de jerarquía en el sistema de
archivos distribuidos, jerarquías que serán
conocidas por todas las máquinas y procesos que conformen
el sistema.

1. GESTIÓN DE
   MEMORIA

1. Administración de Memoria
   Distribuida

A fin de manejar la memoria en
un sistema distribuido, es establecen dos métodos
aceptados:

• Proveer un espacio de direccionamiento virtual que
  sea compartido entre todas las computadoras que conforman el sistema
  distribuido. La mayor complejidad de implementar un espacio
  de memoria compartida distribuida, es el mantener la
  consistencia de los datos que son actualizados en dicha
  área, así como reducir los retardos en el
  acceso de los mismos. Es decir, el control y bloqueo de los
  equipos que escriben en esta área debe ser
  eficiente.
• Análogo al esquema monoprocesador, manejando
  páginas o bloques de memoria (virtualización)
  de aquellos datos del sistema menos accedidos. Estos bloques
  o páginas son enviados por el administrador
  de memoria a petición de cada máquina del
  sistema. Aunque la duplicidad de los bloques de memoria
  compartidos aumenta el rendimiento y evita los problemas de
  acceder una única área de memoria, se origina
  un problema de consistencia entre las diferentes copias de la
  página que se reparten en el sistema. Adicionalmente,
  con cada escritura es necesario actualizar todas las copias
  del bloque de memoria, con lo cual el envío de la
  página por la red provocaría un
  tiempo de espera inaceptable.

Para solucionar estos problemas, se han propuesto
diferentes modelos que
aseguren la consistencia y que establezcan un nivel aceptable de
rendimiento.

1. Modelos de Consistencia

1. Cualquier lectura a una localidad de memoria,
   regresa el valor
   guardado por la operación de escritura mas reciente
   en dicha localidad.

2. Estricta

   El resultado de cualquier ejecución es el
   mismo que si las operaciones de todos los procesos fueran
   ejecutadas en algún orden secuencial, y las
   operaciones de cada proceso individual aparecen en esta
   secuencia en el orden especificado por su programa.

3. Secuencial

   Las escrituras potencialmente relacionadas de
   forma causal son vistas por todos los procesos en el mismo
   orden. Las escrituras concurrentes pueden ser vistas en un
   orden diferente en maquinas diferentes.

4. Causal

   Las escrituras realizadas por un proceso son
   recibidas por los otros procesos en el orden en que son
   realizadas, pero las escrituras de procesos diferentes
   pueden verse en un orden diferente por procesos
   diferentes.

5. PRAM

   Para cada posición de memoria existe un
   acuerdo local acerca del orden de las escrituras en ella.
   Las escrituras en diferentes posiciones no tienen que ser
   vistas en el mismo orden por los diferentes
   procesos.

6. Del Procesador

   Los accesos a las variables de sincronización son
   secuencialmente consistentes.

   No se permite realizar un acceso a una variable de
   sincronización hasta que las escrituras anteriores
   hayan terminado en todas partes.

   No se permite realizar un acceso a los datos (L/E)
   hasta realizar todos los accesos anteriores a las variables
   de sincronización

7. Débil

   Antes de realizar un acceso ordinario a una
   variable compartida, deben terminar con éxito todas las adquisiciones
   anteriores del proceso en cuestión.

   Antes de permitir la realización de una
   liberación, deben terminar las (L/E) anteriores del
   proceso.

   Los accesos de adquisición y
   liberación deben ser consistentes con el procesador (no se pide la consistencia
   secuencial).

8. De Liberación
9. De Entrada

No se permite realizar un acceso de adquisición
a una variable de sincronización con respecto de un
proceso hasta que se realicen todas las actualizaciones de los
datos compartidos protegidos con respecto de ese
proceso.

Antes de permitir la realización de un acceso
en modo exclusivo a una variable de sincronización por
un proceso, ningún otro proceso debe poseer la variable
de sincronización, ni siquiera en modo
exclusivo.

Después de realizar un acceso en modo exclusivo
a una variable de sincronización, no se puede realizar
el siguiente acceso en modo no exclusivo de otro proceso a esa
variable de sincronización hasta haber sido realizado
con respecto del propietario de esa variable.

1. SISTEMAS
   OPERATIVOS MÁS CONOCIDOS

1. Cuadro Comparativo

1. Una vez realizada la investigación y analizado los documentos
   los cuales hacen referencias a los algoritmos en sistemas
   distribuidos, podemos decir que cada algoritmo de
   sincronización tiene sus fortalezas y debilidades, los
   cuales funcionan de acuerdo a su definición
   según su creador, aunque consideramos que el algoritmo
   de Cristian se adapta mas a las necesidades actuales y su
   fácil manejo permite la sincronización de
   procesos de una forma mas optima.

   En referencia a los sistemas
   operativos, podemos concluir que cada sistema operativo
   tiene un fin individual. Windows XP
   y Mac OS están diseñados para usuario final por
   su manejo. Debian Linux y Solaris, poseen complejidades,
   aunque no se descarta que pueda ser usado por usuario final.
   Sin embargo, debido a su complejidad de manejo requiere de
   especialistas en el manejo de estos sistemas.

   Otro punto decisivo antes de seleccionar un sistema
   operativo para una empresa,
   es cuánto se requiere invertir en su
   implementación, ya que dependiendo del sistema
   operativo que se escoja los costes de instalación
   pueden ser mayores.

2. CONCLUSIONES

3. BIBLIOGRAFÍA

TANENBAUM, Andrew. "Sistemas Operativos Modernos".
Prentice Hall, México,
1992. pp. 825.

William Stallings, Sistemas Operativos. Disponible en
línea.

Miltos D. Grammatikakis, D. Frank Hsu & Miro
Kraetzl, Parallel System Interconnections and Communications.
Disponible en línea.

Peterson Silberschatz, Sistemas operativos. Disponible
en línea.

Jean-Marie Rifflet, Comunicaciones
en UNIX.
Disponible en línea.

AUTOR

Leonardo Muro García

Universidad Nueva Esparta

Facultad de Ciencias

Caracas, Venezuela

21 de Noviembre de 2007