|
Синхронные и асинхронные распределенные системы
В распределенных системах практически невозможно предсказать время выполнения отдельных действий различных процессов, скорость отклонения их локальных часов от точных показаний или задержку доставки сообщения от одного процесса к другому. В этой связи выделяют две диаметрально противоположные модели вычислительных систем: первая накладывает строгие временные ограничения на соответствующие характеристики, во второй не делается никаких предположений относительно времени.
Синхронные распределенные системы. Синхронные распределенные системы – это системы, в которых определены следующие временные ограничения.
Время выполнения каждого отдельного действия любого процесса ограничено снизу и сверху известными значениями.
Задержка доставки каждого сообщения от одного процесса к другому не превышает известный предел.
Каждый процесс имеет свои локальные часы со скоростью отклонения от точных показаний, не превышающей известное значение.
Важно отметить, что для большинства случаев, скорее всего, можно дать некоторые оценки перечисленным временным характеристикам. Однако если на практике все же невозможно гарантировать их выполнение, например, обеспечить доставку всех сообщений в пределах заданного времени, то любые системы или алгоритмы, построенные на основе предполагаемых значений представленных выше ограничений, не будут работать в случае их нарушения.
Благодаря скоординированной работе всех процессов в синхронных системах разрабатывать и отлаживать алгоритмы взаимодействия для этой модели вычислительных систем гораздо проще. Например, в синхронных системах возможно использование таймаутов для определения отказа одного из процессов.
Асинхронные распределенные системы. Многие из распределенных систем, например, построенные на базе сети Интернет, по своей природе не являются синхронными. Поэтому очень часто используется другая модель – асинхронные распределенные системы, в которых не накладывается никаких ограничений на рассматриваемые характеристики, перечисленные ниже.
Скорость выполнения операций: время выполнения каждого отдельного действия любого процесса конечно, но не имеет известной верхней границы.
Задержка доставки сообщений: сообщение может быть доставлено через произвольное, но конечное время после его отправки. Например, сообщение от процесса A к процессу B может быть доставлено за несколько миллисекунд, а сообщение от процесса B к процессу C – за несколько минут.
Скорость отклонения часов также может быть произвольной.
Основная причина асинхронности большинства распределенных систем кроется в совместном использовании несколькими процессами одного процессора и несколькими логическими каналами связи одного физического соединения. Соответственно в случае, когда слишком много процессов неизвестной природы и поведения работают на одном и том же процессоре, результирующая производительность любого из них не может быть гарантирована. Это в точности описывает работу приложений в сети Интернет, где, по сути, нагрузка на сервера и сетевые соединения никак не ограничена. Поэтому, к примеру, нельзя предсказать, сколько времени займет передача файла по протоколу FTP с сервера на компьютер пользователя. Необходимо отметить, что наибольший вклад в задержку доставки сообщения оказывает не собственно время распространения сигнала, а время, затрачиваемое различными уровнями стека протоколов
на обработку операций отправки и получения, а также задержка, вносимая промежуточными узлами на пути передачи сообщения.
Преимущество асинхронной модели заключается в том, что построенные на ее основе распределенные системы и алгоритмы являются более устойчивыми к изменению условий их функционирования и, как следствие, оказываются более универсальными. Однако существует множество архитектурных и алгоритмических проблем, которые не могут быть разрешены в предположении асинхронной модели, в то время как они имеют решение для синхронных систем. Рассмотрим следующий пример задачи двух генералов, призванный проиллюстрировать сложности достижения соглашения в асинхронных системах.
Соглашение в задаче двух генералов. Две армии, каждая руководимая своим генералом, готовятся к штурму города. Лагери обеих армий располагаются на двух холмах, разделенных долиной. Единственным способом связи между генералами является отправка посыльных с сообщениями через долину. Коммуникацию будем считать надежной, т.е. посыльные не могут быть перехвачены и уничтожены противником. Для успешного штурма генералы должны атаковать город вместе. При этом им необходимо согласовать, кто из них будет возглавлять штурм, и в какое время необходимо его начинать.
Легко увидеть, что даже в асинхронной системе, генералы могут прийти к соглашению, кто из них будет возглавлять штурм. Например, каждый из генералов отправляет другому посыльного с информацией о количестве солдат, входящих в его армию. Тот генерал, у которого солдат в армии больше, и будет возглавлять штурм (в случае, если в армиях одинаковое количество солдат, есть договоренность, что возглавлять штурм будет генерал из первой армии). Но открытым остается вопрос, когда начинать штурм? К сожалению, в асинхронных системах посыльные могут добираться до другой армии сколь угодно долго. Предположим, первый генерал отправляет второму сообщение "Атакуем!". Второй может так и не получить это сообщение, скажем, в течение 3 часов, или, все же, посыльный добрался до него за 10 минут? В синхронных системах проблема по-прежнему остается, но генералы уже обладают некоторой дополнительной информацией: посыльный доберется до другой армии за время, не меньшее, чем min минут, и не превышающее max минут. Поэтому, в этом случае первый генерал может отправить сообщение "Атакуем!", подождать min минут и выступать в атаку. Вторая армия после получения сообщения может подождать 1 минуту и тоже выступать в атаку. При этом гарантируется, что вторая армия выступит после первой руководящей армии, но придет вслед за ней не более чем через (max – min
+ 1) минут.
Do'stlaringiz bilan baham: |
