VAI TRÒ của TRẬT tự hóa và vấn đề gắn bó dữ LIỆU

Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
()
*+*, ,/*
 0&!&1!23!4 5&!678!9& :&
Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc các bộ xử lý
nằm ở xa ở các vị trí khác nhau và được liên kết với nhau thông qua phương tiện viễn thông
dưới sự điều khiển thống nhất của hệ điều hành.
Hệ phân tán là một tập hợp bao gồm các bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý với bộ nhớ và
đồng hồ độc lập. Điều này đồng nghĩa với việc các bộ xử lý không sử dụng chung bộ nhớ và
đồng hồ. Trong hệ tin học phân tán, các tính toán có thể được tính trên nhiều bộ xử lý hay
trên vi xử lý của hệ thống đa bộ xử lý. Như vậy hệ thống hệ tin học phân tán đòi hỏi hệ
thống của mình phải trang bị bộ nhớ cục bộ. Các bộ xử lý trao đổi thông tin qua các hệ
thống đường truyền khác nhau như là cáp chuyên dụng, bus trao đổi, đường điện thoại, cáp
quang, . . . vv.
Khác với hệ thống máy đơn, mạng máy tính là tập hợp các thiết bị đầu cuối được kết
nối với nhau thông qua hệ thống đường truyền. Các thiết bị đầu cuối của máy tính rất đa
dạng, bao gồm tập hợp các máy tính, các thiết bị chuyên dụng, các thiết bị truyền tin, các
thiết bị tiếp nhận và hiển thị thông tin. Hệ thống mạng máy tính được điều khiển bằng hệ
điều hành mạng. Hệ thống tin học này có thể là hệ tập trung hoặc hệ phân tán.
Căn cứ vào các thành phần của hệ tin học, ta nhận thấy hệ tin học có thể bao gồm
bốn thực thể sau:
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 5
:7
!4 !;&1
8!"&<=<
4 !;&1
>?@54A
B8!C8
8!"&7D&1
4 !;&1
EA#=&
!F&1
G&!H :7 !I7 !J7K3!4 5&!678!9& :&
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
Trong hệ tin học phân tán, cấu hình phần cứng của mạng có thể bao gồm các bộ xử
lý có cấu tạo hoàn toàn khác nhau về khả năng, tốc độ và được thiết kế cho các chức năng
khác nhau. Chúng có thể là các bộ xử lý, các trạm làm làm việc, các máy tính tập trung và
các máy tính điện tử vạn năng lớn. Chúng được gọi bằng các tên khác nhau như trạm, node .
. . căn cứ vào ngữ cảnh mà ở đó nó được nêu ra.
Ngoài hệ thống phần cứng, phần mềm, dữ liệu thì hệ phân tán còn có hệ thống truyền
thông được mô tả như ở trên. Song điều cơ bản để phân biệt hệ tin học phân tán với mạng
máy tính là và hệ điều hành mạng chính là nguyên tắc xây dựng hệ.
II. :7 !L&!8!"&7K3!4 5&!678!9& :&
Các thành phần của hệ tin học phân tác có thể phản ánh trong bảng sau:
 !L&!8!"&
1 Bộ xử lý dùng cho các máy tính lớn hoặc máy trung
2 Bộ vi xử lý
3 Bộ xử lý hay vi xử lý với các bộ nhớ chính
4
Bộ xử lý hay vi xử lý với các bộ nhớ chính và kèm theo một vài bộ nhớ truy
cập nhanh
5
Máy lớn, trung hay vi tính hoàn chỉnh với điều kiện không sử dụng đồng hồ
chung
6 Trạm làm việc của mạng máy tính
7 Thiết bị đầu cuối của mạng
8 Các hệ thống tin học đóng vai trò nút trung chuyển
9 Các mạng cục bộ hoạt động độc lập trong mạng lớn
(AM5J<NL!O&7!P7K3!4 !;&18!9& :&
H Ưu điểm
 Chia xẻ tài nguyên: Chia xẻ tài nguyên trong hệ thống phân tán cung cấp một cơ chế
để chia xẻ tập tin ở vị trí xa, xử lý thông tin trong một cơ sở dữ liệu phân tán, in ấn
tại một vị trí xa, sử dụng những thiết bị ở xa để thực hiện các thao tác…
 Tăng tốc độ tính toán: Hệ thống phân tán cho phép phân chia việc tính toán trên
nhiều vị trí khác nhau để tính toán song song.
 An toàn: Nếu một vị trí trong hệ thống phân tán bị hỏng, các vị trí khác vẫn tiếp tục
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 6
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
làm việc mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
 Thông tin liên lạc với nhau: Có nhiều lúc, chương trình cần chuyển đổi dữ liệu từ vị
trí này sang vị trí khác. Khi các vị trí được nối kết với nhau trong một hệ thống
mạng, việc trao đổi dữ liệu diễn ra rất dễ.
) Hạn chế
 Giá phát triển phần mềm cao: Do các khó khăn khi cài đặt một hệ thống phân tán,
giá thành sẽ tăng lên.
 Dễ mắc lỗi hơn: Vì các trạm trong hệ phân tán làm việc song song, khó có thể đảm
bảo thuật toán được thực hiện đúng trên tất cả các trạm. Do vậy mà số lỗi sẽ tăng lên.
 Khối lượng các xử lý tăng: Hệ thống phân tán cần truyền nhiều thông báo, nhiều tính
toán phụ. Do vậy khối lượng xử lý tăng lên so với hệ thống tập trung.
IV. 1A#$& Q7R9#>I&1!48!9& :&
 Chia sẻ tài nguyên: Thực tế phát triển mạng máy tính đặt ra một vấn đề lớn là cần
phải dùng chung tài nguyên. Một tiến trình trên một trạm nào đó có thể cung cấp tài
nguyên dùng chung ở một trạm khác.
 Liên lạc: Khi các hệ thống đã được mắc nối với nhau, các thực thể trong hệ có thể
trao đổi thông tin với nhau.
 Tin cậy: Một trạm trong hệ bị sự cố không làm cho toàn hệ ảnh hưởng, mà ngược lại,
công việc đó được phân cho các trạm khác đảm nhận. Ngoài ra, trạm bị sự cố có thể
tự động phục hồi lại trạng thái ban đầu trước khi có sự cố hay trạng thái ban đầu của
nó.
 Tăng tốc: Đây là khái niệm mới về phân tán tải. Một tính toán lớn nào đó, nếu chỉ sử
dụng một trạm thì thời gian cho kết quả lâu. Tính toán này được chia nhỏ và thực
hiện song song trên các trạm. Điều này cần thiết đối với các trạm quá tải.
 5=AS54&7K3!48!9& :&
Để đảm bảo hoạt động thì các hệ thống kết nối với nhau phải thỏa mãn hai điều kiện cơ
bản sau đây :
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 7
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
 Bất kỳ một hệ thống thành phần nào (hệ cục bộ) đều có thể liên lạc thông suốt với
các hệ thống thành phần khác.
 Mỗi một hệ thống cục bộ được đặc trưng bằng một tên duy nhất và tên này có thể
được nhận biết bởi các hệ thống viễn thông.
 IS!:7&!3A15?3!4 5&!678!9& :&NL!4 5&!67
Sự khác nhau cơ bản của hệ tin học phân tán và hệ tin học đó là “hệ thống truyền
thông
Các máy tính đơn được nối vào lại với nhau thành một hệ thống mạng thì hệ thông đó
gọi là hệ tin học phân tán
()
TUV WTUXY
T Z[-
\, U],
/ *
 35 E^7K3 EB I>?@54A
H Trật tự từng phần
Trong các hệ thống tin học tập trung, vấn đề đồng bộ hóa được giải quyết thông qua cơ
chế loại trừ tương hỗ. Cơ chế này cho phép sắp đặt (xác lập trật tự) hoàn toàn các sự kiện.
Trong thực tiễn, có một số hệ thống vấn đề về đồng bộ hóa chỉ đòi hỏi trật tự từng phần.
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 8
:7
!4 !;&1
8!"&<=<
4 !;&1
>?@54A
B8!C8
8!"&7D&1
4 !;&1
EA#=&
!F&1
Hình 2: :7 !I7 !J7K3!4 5&!678!9& :&
G&!_:7 !I7 !J7K3!4 5&!67
G&!`4 5&!678!9& :&
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
Chính vì vậy trật tự hóa từng phần giữa các sự kiện mà các tiến trình của nó cần phải đồng
bộ là vấn đề cần phải quan tâm giải quyết.
Trong hệ thống phân tán, việc đồng bộ hóa chỉ đặt ra duy nhất vấn đề thiết lập một trật
tự giữa các sự kiện. Giữa các trạm khác nhau, trật tự đó chỉ có thể thể hiện được thông qua
việc trao đổi các thông điệp với nhau.
Giả sử rằng ta có thể xác định một trật tự giữa các sự kiện của hệ phân tán nhờ vào quan
hệ được kí hiệu là  và gọi là “có trước” hay “ở ngay trước”.
Quan hệ này tối thiểu phải thỏa mãn được các ràng buộc thể hiện trong bảng sau đây:
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 9
C1: Nếu A và B là hai sự kiện của cùng một trạm và nếu A được thực
hiện trước B thì theo trật tự của trạm ta có: AB.
C2: Nếu A là phát thông điệp bởi một trạm nào đó và nếu B là thu
của thông điệp này thì ta có: AB.
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
Ví dụ 1:
Hình 1: Mô tả trật tự từng phần
Theo hình vẽ ta có thể biểu diễn trật tự như sau:
Trật tự từng phần của các sự kiện
A1A2A3A4A5
B1B2B3B4
Trao đổi thông điệp
A1B2 và B3A4
Chuyển qua
A1A2B2B3B4
B1B2B3A4A5
A1A2B2B3A4A5
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 10
A1
A2
A3
A4
A5
B1
B2
B3
B4
B5
t
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
) Trật tự hóa các tác động
Cho một tập các giao dịch M = (T1, T2, ,Tn) lần lượt được thực hiện bởi các tiến
trình độc lập p
1
, p
2
, , p
n
. Việc thực hiện tuần tự có nghĩa là thực hiện tất cả các giao dịch
của M theo kiểu nối đuôi nhau và tuân thủ một trật tự nào đó. Sự gắn bó dữ liệu của hệ được
bảo toàn, theo định nghĩa, bằng việc thực hiện riêng biệt từng giao dịch. Do vậy, nó cũng
đảm bảo trong chế độ thực hiện tuần tự của M.
Trong trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, dãy này bao gồm tất cả các tác
động cấu tạo nên giao dịch M; mỗi một tác động chỉ xuất hiện một và chỉ một lần. Một dãy
các tác động như vậy được gọi là trật tự hóa của tập hợp các giao dịch M.
Ví dụ 2:
Cho T
1
= (a
11
, a
12
, a
13
, a
14
) và T
2
= (a
21
, a
22
, a
23
, a
24
). Một trật tự hóa M = {T1, T2}
được thể hiện theo một trong nhiều cách sau:
S1 = a
11
, a
21
, a
12
, a
22
, a
23
, a
13
, a
14
, a
24
S2 = a
21
, a
11
, a
22
, a
12
, a
23
, a
13
, a
14
, a
24

Trong số các trật tự hóa của một tập hợp các giao dịch, điều quan trọng là phải tách
cho được những cái phục vụ trạng thái gắn bó dữ liệu và chúng được gọi là trật tự hóa gắn
bó.
Như vậy, trật tự hóa tuần tự là các trật tự hóa tương ứng với việc thực hiện tuần.
p hợp các giao dịch. Đây là điều kiện đủ của sự gắn bó.
Ví dụ 3:
Quản lý các tài khoản tại một ngân hàng. Mỗi một người mở tài khoản tại ngân hàng
sẽ được lưu trữ trong một bản ghi của CSDL. Trong tài khoản của người sử dụng không bao
giờ có giá trị bằng 0 hay giá trị âm.
Ta cần giả định một số quy tắc sau:
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 11
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
 aA# Q7
1 Chỉ có một loại phép toán (hay giao dịch) duy nhất là chuyển khoản từ tài khoản
này sang tài khoản khác
2 Hệ có số lượng tài khoản cố định
3 Không có trao đổi nào khác diễn ra ngoài ngân hàng
4 Ngân hàng không được phép tiết lộ bí mật về số dư của khách.
Phép toán chuyển khoản thể hiện bằng cách trừ đi một giá trị P nào đó ở một tài
khoản và cộng chính giá trị đó vào tài khoản khác.
Kí hiệu: A là số dư tài khoản bị trừ đi và B là số dư tài khoản được cộng vào.
U – giao dịch mới
T- các giao dịch chuyển khoản
Ba trật tự hóa có thể là S1, S2, và S3

Hình 2: Trật tự hóa S1
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 12
Giao dịch loại T
A:=A-P
A:=(1+t)xA
B:=(1+t)*B
B:=B+P
Giao dịch loại U
Giao dịch loại T
A:=A-P
A:=(1+t)xA
B:=(1+t)*B
B:=B+P
Giao dịch loại U
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
Hình 5: Trật tự hóa S2
Hình 6: Trật tự hóa S3
Ta nhận thấy dễ dàng là trật tự hóa S2 có tác dụng tương đương với trật tự hóa tuần
tự S3, trong khi đó trật tự hóa S1 lại khác. Trong trật tự hóa S2 và S3, các tác động cập nhật
lần lượt của tài khoản A và B đều được thực hiện theo cùng một tuần tự, còn trong trật tự
hóa S1 thì trật tự tác động cập nhật tài khoản B bị đảo ngược.
Ví dụ này cho ta thấy sự quan trọng của việc đảm bảo trật tự khi cập nhật thông tin.
 I1Q&bc !F&1 5&
H Điều kiện giả định và thực tế
Ta có một tập hợp thông tin nào đó có thể được truy cập bởi một tập hợp các tiến trình.
Số lượng đối tượng thông tin có thể truy cập và số lượng tiến trình có nhu cầu thông tin là
cố định. Hệ này phát triển rời rạc theo thời gian, giữa các điểm xác định, ta có thể nhận biết
được trạng thái thực của chúng, nghĩa là các giá trị của đối tượng và ngữ cảnh thực hiện của
các tiến trình. Hệ như vậy hoạt động với độ ổn định tuyệt vời
Các điều kiện giả định trên so với hệ thực tế có những điểm khác nhau căn bản là :
- Các đối tượng và các tiến trình có thể được tạo lập và huỷ bỏ có tính chất động trong
suốt quá trình tồn tại của hệ
- Các đối tượng và các tiến trình có thể được phân tán trên các trạm khác nhau liên hệ
với nhau qua hệ thống viễn thông.
- Hệ thống viễn thông và các tiến trình là các đối tượng có thể xảy ra sự cố kỹ thuật
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 13
Giao dịch loại T
A:=A-P
A:=(1+t)xA
B:=(1+t)*B
B:=B+P
Giao dịch loại U
Tiểu Luận Hệ Phân Tán (đề 03) GVHD: PGS.TS. Lê Văn Sơn
) :7Md&1NL153e>07!
Các đối tượng khác nhau của hệ không phải là các đối tượng độc lập nhau, chúng quan
hệ với nhau bởi tập hợp các quan hệ gọi là các ràng buộc toàn vẹn. Các ràng buộc này thể
hiện sâu sắc các đặc tính riêng biệt của hệ.
Trạng thái của hệ thoả mãn một tập các ràng buộc toàn vẹn gọi là trạng thái gắn bó.
Các nhà thiết kế và vận hành hệ mong muốn rằng việc thực hiện các tiến trình phải duy
trì cho được hệ trong trạng thái gắn bó. Để chính xác hoá đặc tính này, cần phải lưu ý là
trạng thái của hệ chỉ được xác định ở mức quan sát cho trước.
Ta quan tâm đến hai mức quan sát:
 D7 5f5 !g7!
1 NSD - Tiến trình là một dãy thực hiện các giao dịch Giao dịch đó là
chương trình duy nhất được thực hiện từ một trạng thái gắn bó dẫn hệ
đến một trạng thái gắn bó khác.
) Hệ thống - Mỗi giao dịch được cấu tạo từ một dãy các tác động được thể hiện
như sau. Nếu 2 tác động A và B thuộc hai giao dịch khác nhau được
thực hiện bởi hai tiến trình thì hiệu ứng tổng quát của chúng sẽ là
hiệu ứng của dãy (A;B) hoặc là (B;A)
Ví dụ 4:
Trong hệ thống quản lý tài khoản ngân hàng, mỗi số dư tài khoản được thể hiện bằng
một bản ghi. Ta cần lưu rằng:
- Phép chuyển giá trị từ tài khoản này sang tài khoản khác được xem như là một
tác động.
- Đọc và ghi một bản ghi là các tác động, nếu hệ quản lý các tập tin đảm bảo tính
không chia cắt được của chúng.
SVTH:Nguyễn Văn Định Trang 14

Xem chi tiết: VAI TRÒ của TRẬT tự hóa và vấn đề gắn bó dữ LIỆU