5.1 Verteilung von Aktualisierungshinweisen

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1 5.1 Verteilung von Aktualisierungshinweisen Verteilung von Nachrichten über eine Aktualisierung lokaler Datenspeicher erfährt, dass Aktualisierung stattfand z.b. Invalidierungsnachricht vgl. erste DSM-Implementierung (C.2.9) lokale Aktualisierung führt zur Löschung auf entfernten Knoten lokale Daten müssen vor nächstem Lesezugriff aktualisiert werden Pull-Modell Vorteil Invalidierungen benötigen wenig Kommunikationsbandbreite mehrere entfernte Aktualisierungen werden nur einmal geholt evtl. kann sogar mehrfache Invalidierung unterbleiben (z.b. durch ühren einer Liste von noch gültigen Replikaten) Verteilung der aktualisierten Werte Verteilung von Nachrichten mit den aktualisierten Werten lokaler Datenspeicher erfährt die neuen Werte Push-Modell Einpflegen der Werte in den lokalen Datenspeicher Vorteil keine zusätzliche Kommunikation erforderlich je nach Konsistenzmodell asynchron zu allen Prozessen möglich 74

2 5.3 Verteilung der aktualisierenden Operation Verteilung von Nachrichten über die Operation lokaler Datenspeicher erfährt Operation und Parameter lokale Ausführung der Operation auf dem Datenspeicher kaum Unterschied zur Verteilung der geschriebenen Werte, falls nur elementare Operationen erlaubt (Lesen, Schreiben) interessant für komplexere Operationen z.b. aktualisierende Methoden- oder unktionsaufrufe Vorteil Operationsname und Parameter oft kleiner als aktualisierter Zustand geringere Netzwerkbandbreite Nachteil lokale Operationsausführungen müssen gleiche Ergebnisse liefern Primärkopieverfahren Ausgezeichnetes Replikat koordiniert Schreibzugriffe (Primary-Backup) z.b. Replikat des Eigners Koordination der Aktualisierung der Sekundärkopien Entferntes Schreiben Weiterleitung der Schreiboperation an entfernte Primärkopie z.b. Aktualisierung der DNS-Zone auf einem Rechner mit Secondary: Weiterleitung an Primary-DNS-Server Primärkopie leitet Aktualisierungen an Sekundärkopien weiter z.b. Primary pusht Zonendaten an Secondary-DNS-Server geeignet zur Implementierung von sequentieller Konsistenz 76

3 5.4 Primärkopieverfahren (2) Lokales Schreiben lokaler Datenspeicher wird zunächst Primärkopie Übertragung aktueller Werte in lokalen Datenspeicher z.b. Invalidierung der vorherigen Primärkopie z.b. Übernahme der Eignerschaft Schreibzugriff auf lokalen Datenspeicher evtl. Aktualisierung der Sekundärkopien Replikation durch lesbare Sekundärkopien in anderen Datenspeichern Einsatzmöglichkeiten z.b. Offline-Dateien in mobilen Rechnern Aktive Replikation Ausführung der Aktualisierungsoperation in allen Replikaten repliziertes Aktualisierungsverfahren Voraussetzungen evtl. gleiche Ausführungsreihenfolge in allen Replikaten (abhängig vom Konsistenzmodell) z.b. durch Zeitstempel z.b. durch total geordnete Multicast-Transportprotokolle z.b. durch zentralen Koordinator (Sequencer) vergibt Sequenznummern für Ausführungsreihenfolge z.b. durch verteilte Einigungsalgorithmen 78

4 5.5 Aktive Replikation (2) Voraussetzungen (fortges.) deterministische Ausführung alle Operationen sollen zum gleichen Endergebnis kommen, wenn Ausgangszustand gleich Indeterminismen durch Nebenläufigkeit mit Koordinierung vermeiden Problem: Aufrufe nachgeordneter Objekte Client A B1 B2 repliziertes Objekt B C B3 nach Tanenbaum, van Steen Aufruf von B aus an C erfolgt mehrfach Aktive Replikation (3) Lösung: zentraler Koordinator im replizierten Objekt ausgezeichnetes Replikat versendet Aufruf an nachgeordnetes Objekt verteilt Ergebnisse an andere Replikate andere Replikate blockieren bei Aufrufversuch des nachgeordneten Objekts warten auf Ergebnisse vom Koordinator und deblockieren B1 repliziertes Objekt B Client (1) A B2 (2) C B3 80

5 5.5 Aktive Replikation (4) Lösung: zentraler Koordinator (fortges.) Vorteil Replikation des nachgeordneten Objekts leicht integrierbar B1 repliziertes Objekt B Client A B2 (1) C1 repliziertes Objekt C B3 (2) C Quorenbasierte Verfahren Ausführung der Operationen nicht auf allen Replikaten repliziertes Aktualisierungsverfahren Einholen von Erlaubnissen Lesezugriff Einholen eines Lese-Quorums Erlaubnis von N R Replikaten Verwendung eines der Rückgabewerte Schreibzugriff Einholen eines Schreib-Quorums Erlaubnis von N W Replikaten Schreiboperation auf allen N W Replikaten 82

6 5.6 Quorenbasierte Verfahren (2) Verfahren nach Gifford (1979) N R + N W > N verhindert Lese-Schreib-Konflikte wenigstens ein Datenspeicher erhält Kenntnis über beide Operationen N W > N/2 verhindert Schreib-Schreib-Konflikte wenigstens ein Datenspeicher erhält Kenntnis über beide Operationen Beispiele N R =3, N W =10 N R =7, N W = Quorenbasierte Verfahren (3) Read-One, Write-All (ROWA) Spezialfall mit N R = 1 N W = N N R =1, N W =12 84

7 5.6 Quorenbasierte Verfahren (4) Vorteil evtl. kann Knotenausfall verkraftet werden weniger Kommunikation Nachteil Lesezugriff benötigt evtl. mehrere Nachrichten Knoten müssen Informationen für Erlaubnisse sammeln Konflikte müssen erkannt werden z.b. durch Zeitstempel oder Sequenznummern Konflikte müssen aufgelöst werden z.b. durch Anfrage bei anderen Replikaten z.b. durch angestoßene Aktualisierung Cache-Kohärenzverfahren Caches als spezielle orm der Replikation zentraler Haupt -Speicher mehrere Cache-Speicher mit replizierten Daten Zwei Designkriterien für Cache-Systeme Kohärenzerkennung Überprüfung ob gespeicherte Werte noch konsistent sind Überprüfung vor dem Zugriff Überprüfung während des Zugriffs (z.b. bei Transaktionen mit Rücksetzmöglichkeit bei Inkonsistenz) Überprüfung nach dem Zugriff (z.b. bei Transaktionen) 86

8 5.7 Cache-Kohärenzverfahren (2) Zwei Designkriterien für Cache-Systeme (fortges.) Kohärenzdurchsetzung Verbot von Replikation gemeinsam genutzter Daten Invalidierung Schreibzugriff invalidiert Cache-Einträge Cache-Aktualisierung Schreibzugriff aktualisiert Cache-Einträge (Snooping, Primärkopieverfahren) Cache-Kohärenzverfahren Kohärenzdurchsetzung (fortges.) Aktualisierung auf Seite des Caches bei Cache-Hit Write-Through: Aktualisierung in lokalem Cache und Hauptspeicher (Invalidierung oder Aktualisierung in entfernten Caches) Write-Back: verspätetes Zurückschreiben (Konsistenprobleme möglich) Aktualisierung auf Seite des Caches bei Cache-Miss etch-on-write: erst Wert in Cache holen, fortfahren wie unter Cache-Hit Write Around: Aktualisierung nur im Hauptspeicher (Invalidierung oder Aktualisierung in entfernten Caches) 88