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diff --git a/LaTeX/chapters/protokolle.tex b/LaTeX/chapters/protokolle.tex index 2993777..0fc8f7b 100644 --- a/LaTeX/chapters/protokolle.tex +++ b/LaTeX/chapters/protokolle.tex @@ -17,7 +17,7 @@ Das Dummy-Protokoll dient lediglich als Vorlage für die Erstellung eigener Proto \label{fig:PingPongProto}
\end{figure}
-Bei dem Ping-Pong Protokoll (s. Abbildung \ref{fig:PingPongProto}.) werden zwischen zwei Prozessen, Client P1 und Server P2, ständig Nachrichten hin- und hergeschickt. Der Ping-Pong Client startet die erste Anfrage, worauf der Server dem Client antwortet. Auf diese Antwort wird vom Client ebenfalls geantwortet und so weiter. Jeder Nachricht wird ein Zähler mitgeschickt, der bei jeder Station um eins inkrementiert- und jeweils im Logfenster protokolliert wird. In Tabelle \ref{tb:PingPongTasks}. sind alle für dieses Beispiel programmierten Ereignisse aufgeführt.
+Bei dem Ping-Pong Protokoll (s. Abb. \ref{fig:PingPongProto}.) werden zwischen zwei Prozessen, Client P1 und Server P2, ständig Nachrichten hin- und hergeschickt. Der Ping-Pong Client startet die erste Anfrage, worauf der Server dem Client antwortet. Auf diese Antwort wird vom Client ebenfalls geantwortet und so weiter. Jeder Nachricht wird ein Zähler mitgeschickt, der bei jeder Station um eins inkrementiert- und jeweils im Logfenster protokolliert wird. In Tabelle \ref{tb:PingPongTasks}. sind alle für dieses Beispiel programmierten Ereignisse aufgeführt.
\begin{figure}[h]
\centering
@@ -97,7 +97,7 @@ Werden die Ereignisse wie in Tabelle \ref{tb:PingPongSturmTasks}. vorgegeben, so Das Broadcast Protokoll verhält sich ähnlich wie das Ping-Pong Protokoll. Der Unterschied ist, dass sich das Protokoll anhand einer eindeutigen Broadcast-ID merkt, welche Nachrichten bereits verschickt wurden. Jeder Prozess verschickt beim Broadcast Protokoll alle erhaltenen Nachrichten erneut, sofern er sie noch nicht schon einmal verschickt hat.
-In diesem Fall wird nicht zwischen Client und Server unterschieden, so dass bei der Ankunft einer Nachricht jeweils die gleiche Aktion durchgef\"{u}hrt wird. Somit lässt sich, unter Verwendung mehrerer Prozesse (s. Abbildung \ref{fig:BroadcastSturmProto}.) ein Broadcast erzeugen. P1 ist der Client und startet je eine Anfrage nach \textit{0ms} und \textit{2500ms}. Die Simulationsdauer beträgt hier genau \textit{5000ms}. Da ein Client nur Servernachrichten und ein Server nur Clientnachrichten empfangen kann, ist in dieser Simulation jeder Prozess (s. Tabelle \ref{tb:BroadcastSturmTasks}) gleichzeitig Server und Client.
+In diesem Fall wird nicht zwischen Client und Server unterschieden, so dass bei der Ankunft einer Nachricht jeweils die gleiche Aktion durchgef\"{u}hrt wird. Somit lässt sich, unter Verwendung mehrerer Prozesse (s. Abb. \ref{fig:BroadcastSturmProto}.) ein Broadcast erzeugen. P1 ist der Client und startet je eine Anfrage nach \textit{0ms} und \textit{2500ms}. Die Simulationsdauer beträgt hier genau \textit{5000ms}. Da ein Client nur Servernachrichten und ein Server nur Clientnachrichten empfangen kann, ist in dieser Simulation jeder Prozess (s. Tabelle \ref{tb:BroadcastSturmTasks}) gleichzeitig Server und Client.
\section{Das Protokoll zur internen Synchronisierung in einem synchronen System \small{\textit{(int-sync.dat)}}}
@@ -111,7 +111,7 @@ Bisher wurden nur Protokolle dargestellt, in denen die beteiligten Prozesse kein \label{fig:TimeSyncProto}
\end{figure}
-Hier (s. Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}.) stellt P1 den Client und P2 den Server dar. Da die Übertragungszeit $t_u$ einer Nachricht zwischen den vermuteten Werten $t'_{min}$ und $t'_{max}$ liegt, berechnet der Client P1 nach Empfang der Serverantwort seine neue lokale Prozesszeit mit:
+Hier (s. Abb. \ref{fig:TimeSyncProto}.) stellt P1 den Client und P2 den Server dar. Da die Übertragungszeit $t_u$ einer Nachricht zwischen den vermuteten Werten $t'_{min}$ und $t'_{max}$ liegt, berechnet der Client P1 nach Empfang der Serverantwort seine neue lokale Prozesszeit mit:
\begin{equation*}
t_c := t_s + \frac{1}{2} (t'_{min} + t'_{max})
@@ -169,7 +169,7 @@ Wenn der Client seine lokale Zeit $t_c$ bei einem Server synchronisieren möchte, Die Genauigkeit betr\"{a}gt $\pm(\frac{1}{2} t_{rtt} - u_{min}$) wobei $u_{min}$ mit $t_{rtt} < u_{min}$ eine Schranke für eine Nachrichtenübertragung darstellt(s. \cite{Vorlesung}).
-Im Prinzip sieht der Verlauf einer Christians-Simulation so aus wie in Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}., daher wird hier auf eine einfache Abbildung vom Christians-Protokoll verzichtet. Viel interessanter ist der direkte Vergleich zwischen dem Protokoll zur internen Synchronisierung und der Christians Methode der externen Synchronisierung (s. Abbildung \ref{fig:TimeSync2Proto}.). Hier stellt P1 den Client zur internen Synchronisierung und P3 den Client zur externen Synchronisierung dar. P2 fungiert für beide Protokolle gleichzeitig als Server. P1 und P3 starten jeweils zu den lokalen Prozesszeiten \textit{0ms}, \textit{5000ms} und \textit{10000ms} eine Clientanfrage (s. Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}.). P1 und P3 haben als Uhrabweichung einen Wert von \textit{0.1} eingestellt und die Simulationsdauer beträgt insgesamt \textit{15000ms}.
+Im Prinzip sieht der Verlauf einer Christians-Simulation so aus wie in Abbildung \ref{fig:TimeSyncProto}., daher wird hier auf eine einfache Abbildung vom Christians-Protokoll verzichtet. Viel interessanter ist der direkte Vergleich zwischen dem Protokoll zur internen Synchronisierung und der Christians Methode der externen Synchronisierung (s. Abb. \ref{fig:TimeSync2Proto}.). Hier stellt P1 den Client zur internen Synchronisierung und P3 den Client zur externen Synchronisierung dar. P2 fungiert für beide Protokolle gleichzeitig als Server. P1 und P3 starten jeweils zu den lokalen Prozesszeiten \textit{0ms}, \textit{5000ms} und \textit{10000ms} eine Clientanfrage (s. Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}.). P1 und P3 haben als Uhrabweichung einen Wert von \textit{0.1} eingestellt und die Simulationsdauer beträgt insgesamt \textit{15000ms}.
Aus Abbildung \ref{fig:TimeSync2Proto}. ist ersichtlich, dass nach Ablauf der Simulation, P1 seine Zeit bis auf \textit{15000ms} - \textit{14567ms} = \textit{433ms} und P3 seine Zeit bis auf \textit{15000ms} - \textit{15539ms} = \textit{-539ms} synchronisiert hat. In diesem Beispiel hat also das Protokoll zur internen Synchronisierung ein besseres Ergebnis geliefert. Dies ist allerdings nicht immer zwingend der Fall, da nach einer erneuten Simulationsausführung alle Nachrichten jeweils eine neue zufällige Übertragungszeit zwischen $t_{min}$ und $t_{max}$ haben werden, die auf die Zeitsynchronisation mit den einem oder anderem Protokoll jeweils andere Auswirkungen haben k\"{o}nnen.
@@ -261,7 +261,7 @@ Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variable, die in den Prozessei Das Ein-Phasen Commit Protokoll ist dafür gedacht beliebig vielen Clients zu einer Festschreibung zu bewegen. Im realen Leben könnte dies beispielsweise das Erstellen oder Löschen einer Datei sein, von der auf jedem Client eine lokale Kopie existiert. Der Server ist der Koordinator und auch derjenige, der einen Festschreibewunsch initiiert. Hierbei verschickt der Server periodisch so oft den Festschreibewunsch, bis er von jedem Client eine Bestätigung erhalten hat. Hierf\"{u}r m\"{u}ssen f\"{u}r den Server die PIDs aller beteiligten Clientprozesse sowie ein Wecker f\"{u}r erneutes Versenden des Festschreibewunsches konfiguriert werden.
-Die programmierten Ereignisse des Beispiels auf (s. Abbildung \ref{fig:OnePhaseCommitProto}.) sind in Tabelle \ref{tb:OnePhaseCommitTasks}. aufgelistet. P1 und P3 simulieren jeweils einen Client und P2 den Server. Damit die Simulation mehrere Festschreibewünsche verschickt, stürzt in der Simulation P1 nach \textit{1000ms} ab und nach \textit{5000ms} steht er wieder zur Verfügung. Die ersten beide Festschreibewünsche erreichen dadurch P1 nicht und erst der dritte Versuch verläuft erfolgreich. Bevor die Bestätigung von P1 bei P2 eintrifft, läuft jedoch der Wecker erneut ab, so dass ein weiterer Festschreibewunsch versendet wird. Da P1 und P3 jeweils schon eine Bestätigung verschickt haben, wird diese Festschreibewunschnachricht ignoriert. Jeder Client bestätigt auf einen Festschreibewunsch nur ein einziges Mal.
+Die programmierten Ereignisse des Beispiels auf (s. Abb. \ref{fig:OnePhaseCommitProto}.) sind in Tabelle \ref{tb:OnePhaseCommitTasks}. aufgelistet. P1 und P3 simulieren jeweils einen Client und P2 den Server. Damit die Simulation mehrere Festschreibewünsche verschickt, stürzt in der Simulation P1 nach \textit{1000ms} ab und nach \textit{5000ms} steht er wieder zur Verfügung. Die ersten beide Festschreibewünsche erreichen dadurch P1 nicht und erst der dritte Versuch verläuft erfolgreich. Bevor die Bestätigung von P1 bei P2 eintrifft, läuft jedoch der Wecker erneut ab, so dass ein weiterer Festschreibewunsch versendet wird. Da P1 und P3 jeweils schon eine Bestätigung verschickt haben, wird diese Festschreibewunschnachricht ignoriert. Jeder Client bestätigt auf einen Festschreibewunsch nur ein einziges Mal.
\begin{table}
\centering
@@ -302,7 +302,7 @@ Dieses Protokoll verwendet folgende serverseitige Variablen, die in den Prozesse Das Zwei-Phasen Commit Protokoll ist eine Erweiterung des Ein-Phasen Commit Protokolls. Der Server startet zunächst eine Anfrage an alle beteiligten Clients, ob festgeschrieben werden soll. Jeder Client antwortet dann mit \textit{true} oder \textit{false}. Der Server fragt periodisch so oft nach, bis alle Ergebnisse aller Clients vorliegen. Nach Erhalt aller Abstimmungen überprüft der Server, ob alle mit \textit{true} abgestimmt haben. Für den Fall dass mindestens ein Client mit \textit{false} abgestimmt hat, wird der Festschreibevorgang abgebrochen und als globales Abstimmungsergebnis \textit{false} an alle Clients verschickt. Wenn jedoch alle mit \textit{true} abstimmten, soll festgeschrieben werden. Dabei wird das globale Abstimmungsergebnis \textit{true} verschickt. Das globale Abstimmungsergebnis wird periodisch so oft erneut verschickt, bis von jedem Client eine Bestätigung des Erhalts vorliegt.
-In dem Beispiel (s. Abbildung \ref{fig:TwoPhaseCommitProto}.) sind P1 und P3 Clients und P2 der Server. Der Server verschickt nach \textit{0ms} seine erste Anfrage (s. Tabelle \ref{tb:TwoPhaseCommitTasks}.). Da diese Simulation recht unübersichtlich ist, liegen in den Tabellen \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs}. und \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs2}. Auszüge aus dem Logfenster vor. Die Lamport- und Vektor-Zeitstempel sowie die lokalen Prozesszeiten sind hier nicht aufgef\"{u}hrt. Da keine Uhrabweichungen konfiguriert wurden, sind die lokalen Prozesszeiten stets identisch mit der globalen Zeit, weswegen in den Tabellen pro Logeintrag jeweils nur eine Zeit angegeben ist. Anhand der Nachrichten IDs lassen sich dort die einzelnen Sendungen zuordnen. In den Logs wird auch der Inhalt der verschickten Nachricht sowie die dazugehörigen Datentypen aufgeführt. Hier stimmen P1 und P3 jeweils mit \textit{true} ab, das heißt es soll festgeschrieben werden.
+In dem Beispiel (s. Abb. \ref{fig:TwoPhaseCommitProto}.) sind P1 und P3 Clients und P2 der Server. Der Server verschickt nach \textit{0ms} seine erste Anfrage (s. Tabelle \ref{tb:TwoPhaseCommitTasks}.). Da diese Simulation recht unübersichtlich ist, liegen in den Tabellen \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs}. und \ref{tb:TwoPhaseCommitLogs2}. Auszüge aus dem Logfenster vor. Die Lamport- und Vektor-Zeitstempel sowie die lokalen Prozesszeiten sind hier nicht aufgef\"{u}hrt. Da keine Uhrabweichungen konfiguriert wurden, sind die lokalen Prozesszeiten stets identisch mit der globalen Zeit, weswegen in den Tabellen pro Logeintrag jeweils nur eine Zeit angegeben ist. Anhand der Nachrichten IDs lassen sich dort die einzelnen Sendungen zuordnen. In den Logs wird auch der Inhalt der verschickten Nachricht sowie die dazugehörigen Datentypen aufgeführt. Hier stimmen P1 und P3 jeweils mit \textit{true} ab, das heißt es soll festgeschrieben werden.
\begin{table}
\centering
@@ -509,7 +509,7 @@ In diesem Beispiel ging die 3. Multicast-Nachricht auf den Weg zu P3- und die 5. \label{fig:ReliableMulticastProto}
\end{figure}
-Bei dem zuverlässigen (Reliable) Multicast verschickt der Client periodisch so oft seine Multicast-Nachricht, bis er von allen beteiligten Servern eine Bestätigung erhalten hat. Nach jedem erneuten Versuch vergisst der Client, von welchen Servern er bereits eine Bestätigung erhalten hat, wodurch jede erneute Anfrage von allen Teilnehmern aufs Neue best\"{a}tigt werden muss. In dem Beispiel (s. Abbildung \ref{fig:ReliableMulticastProto}., Tabelle \ref{tb:ReliableMulticastTasks}., \ref{tb:ReliableMulticastLogs}. und \ref{tb:ReliableMulticastLogs2}.) ist P2 der Multicast-verschickende Client, während P1 und P3 die Server darstellen. Bei \textit{0ms} initiiert der Client seine Multicast-Nachricht. Die Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeiten sind bei allen Prozessen auf \textit{30} Prozent eingestellt.
+Bei dem zuverlässigen (Reliable) Multicast verschickt der Client periodisch so oft seine Multicast-Nachricht, bis er von allen beteiligten Servern eine Bestätigung erhalten hat. Nach jedem erneuten Versuch vergisst der Client, von welchen Servern er bereits eine Bestätigung erhalten hat, wodurch jede erneute Anfrage von allen Teilnehmern aufs Neue best\"{a}tigt werden muss. In dem Beispiel (s. Abb. \ref{fig:ReliableMulticastProto}., Tabelle \ref{tb:ReliableMulticastTasks}., \ref{tb:ReliableMulticastLogs}. und \ref{tb:ReliableMulticastLogs2}.) ist P2 der Multicast-verschickende Client, während P1 und P3 die Server darstellen. Bei \textit{0ms} initiiert der Client seine Multicast-Nachricht. Die Nachrichtenverlustwahrscheinlichkeiten sind bei allen Prozessen auf \textit{30} Prozent eingestellt.
In diesem Beispiel benötigt der Client bis zur erfolgreichen Auslieferung des zuverlässigen Multicasts genau 5 Versuche:
@@ -688,7 +688,7 @@ Bisher wurden alle verfügbaren Protokolle anhand von Beispielen aufgeführt. Mit \label{fig:Lamportzeit}
\end{figure}
-Die Vektor- und Lamport-Zeitstempel lassen sich sehr gut am bereits behandeltem Beispiel des Berkeley-Protokoll's (vgl. Kap. 3.6.) demonstrieren. Nach Aktivierung des Lamportzeit-Schalters erscheint bei jedem Ereignis eines Prozesses der aktuelle Lamport-Zeitstempel (s. Abbildung \ref{fig:Lamportzeit}.). Jeder Prozess besitzt einen eigenen Lamport-Zeitstempel, der beim Versenden und Erhalten einer Nachricht inkrementiert wird. Jeder Nachricht wird die aktuelle Lamportzeit $t_l(i)$ des Senderprozesses $i$ beigefügt. Wenn ein weiterer Prozess $j$ diese Nachricht erhält, so wird der aktuelle Lamport-Zeitstempel $t_l(j)$ von Prozess $j$ wie folgt neu berechnet:
+Die Vektor- und Lamport-Zeitstempel lassen sich sehr gut am bereits behandeltem Beispiel des Berkeley-Protokoll's (vgl. Kap. 3.6.) demonstrieren. Nach Aktivierung des Lamportzeit-Schalters erscheint bei jedem Ereignis eines Prozesses der aktuelle Lamport-Zeitstempel (s. Abb. \ref{fig:Lamportzeit}.). Jeder Prozess besitzt einen eigenen Lamport-Zeitstempel, der beim Versenden und Erhalten einer Nachricht inkrementiert wird. Jeder Nachricht wird die aktuelle Lamportzeit $t_l(i)$ des Senderprozesses $i$ beigefügt. Wenn ein weiterer Prozess $j$ diese Nachricht erhält, so wird der aktuelle Lamport-Zeitstempel $t_l(j)$ von Prozess $j$ wie folgt neu berechnet:
\begin{equation*}
t_l(j) := 1 + max(t_l(j), t_l(i))
@@ -703,7 +703,7 @@ Es wird also stets die größere Lamportzeit vom Sender- und Empfängerprozess verw \label{fig:Vektorzeit}
\end{figure}
-Mit aktivem Vektorzeit-Schalter werden alle Vektor-Zeitstempel angezeigt (s. Abbildung \ref{fig:Vektorzeit}.). Wie beim Lamport-Zeitstempel wird auch hier jeder Nachricht der aktuelle Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses beigefügt. Bei $n$ beteiligten Prozessen hat der Vektor-Zeitstempel $v$ die Größe $n$. Somit gibt es für jeden beteiligten Prozess $i$ einen eigenen Index $i$. Mit $v(i)$ kann jeder Prozess auf seinen lokalen Eintrag zugreifen. Wenn $v$ der Vektor-Zeitstempel des Empfängerprozesses $j$ ist und $w$ der Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses ist, dann wird der neue lokale Vektor-Zeitstempel wie folgt neu berechnet:
+Mit aktivem Vektorzeit-Schalter werden alle Vektor-Zeitstempel angezeigt (s. Abb. \ref{fig:Vektorzeit}.). Wie beim Lamport-Zeitstempel wird auch hier jeder Nachricht der aktuelle Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses beigefügt. Bei $n$ beteiligten Prozessen hat der Vektor-Zeitstempel $v$ die Größe $n$. Somit gibt es für jeden beteiligten Prozess $i$ einen eigenen Index $i$. Mit $v(i)$ kann jeder Prozess auf seinen lokalen Eintrag zugreifen. Wenn $v$ der Vektor-Zeitstempel des Empfängerprozesses $j$ ist und $w$ der Vektor-Zeitstempel des Senderprozesses ist, dann wird der neue lokale Vektor-Zeitstempel wie folgt neu berechnet:
\textbf{Pseudo-Code}
@@ -738,7 +738,7 @@ Die Ereignisse sind so wie bereits in Tabelle \ref{tb:InterneSync2Tasks}. darges \label{fig:TimeSync2LongTransferProto}
\end{figure}
-Als Folge (s. Abbildung \ref{fig:TimeSync2LongTransferProto}.) benötigen Nachrichten, die von- und an P3 verschickt werden, für eine Übertragung immer mehr Zeit. Bevor P3 eine Antwort auf seine vorherige Anfrage bekommt, verschickt er eine erneute Anfrage. Da P3 die Serverantworten immer stets seiner letzten verschickten Anfrage zuordnet, berechnet er alle RTTs inkorrekt und seine lokale Zeit wird dadurch bei jedem Durchgang erneut falsch bestimmt. Die Berechnungsformeln der Übertragungszeiten wurde bereits in Kapitel 2.4.3. bei den Prozesseinstellungen behandelt. Konkret bedeutet dies hier für die Übertragungszeiten alle Nachrichten von- und an P3 jeweils:
+Als Folge (s. Abb. \ref{fig:TimeSync2LongTransferProto}.) benötigen Nachrichten, die von- und an P3 verschickt werden, für eine Übertragung immer mehr Zeit. Bevor P3 eine Antwort auf seine vorherige Anfrage bekommt, verschickt er eine erneute Anfrage. Da P3 die Serverantworten immer stets seiner letzten verschickten Anfrage zuordnet, berechnet er alle RTTs inkorrekt und seine lokale Zeit wird dadurch bei jedem Durchgang erneut falsch bestimmt. Die Berechnungsformeln der Übertragungszeiten wurde bereits in Kapitel 2.4.3. bei den Prozesseinstellungen behandelt. Konkret bedeutet dies hier für die Übertragungszeiten alle Nachrichten von- und an P3 jeweils:
\begin{equation*}
\frac{1}{2} (rand(500, 2000) + rand(2000, 8000)) = \frac{1}{2} rand(2500, 10000) = rand(1250, 5000) ms
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