Параллельное программирование
Программирование параллельных и распределенных систем
- Базовые определения и формализм
- Алгоритмы взаимного исключения
- Стек Трайбера
- Формализм распределённых систем
6 семестр
Введение. Масштабируемость распределенных и параллельных систем, закон Амдала. Отличия распределенных систем от систем с разделяемой памятью
1-2 билеты. Логические часы Лампорта и векторные часы, их свойства
3-4 билеты. Часы с прямой зависимостью (и их свойства) и матричные часы
- Часы с прямой зависимостью
- Матричные часы (билет весной 2019 года убран)
5-7 билеты. Взаимное исключение в распределенной системе. Централизованный, алгоритм Лампорта, алгоритм Рикарта и Агравалы
8-10 билеты. Взаимное исключение в распределенной системе. Алгоритм обедающих философов, на основе токена, на основе кворума (простое большинство, рушащиеся стены)
11-12 билеты. Согласованное глобальное состояние (согласованный срез). Алгоритм Чанди-Лампорта. Запоминание сообщений на стороне отправителя и получателя
13-14 билеты. Глобальные свойства. Стабильные и нестабильные предикаты. Слабый конъюнктивный предикат. Централизованный и распределенный алгоритмы
- Глобальные свойства системы
- Слабый конъюнктивный предикат (WCP)
- Централизованный алгоритм для WCP
- Распределенный алгоритм для WCP
15 билет. Диффундирующие вычисления. Останов. Алгоритм Дейкстры и Шолтена
16 билет. Локально-стабильные предикаты, согласованные интервалы, барьерная синхронизация (3 алгоритма). Применение для определения взаимной блокировки
TODO
- Локально стабильный предикат
- Согласованный интервал
- Барьерная синхронизация (3 алгоритма)
- Применение для определения дедлока.
Каждый процесс поддерживает свою часть графа ожидания (ребра, которые из него исходят), а также флажок changed, который равен true, если его часть графа поменялась с последнего сообщения координатору. Координатор периодически опрашивает процессы, получая их графы. Процесс отвечает новым графом, если есть изменение, а иначе шлет notChanged. Координатор собирает весь граф ожидания. Если в нем есть цикл, он отправляет процессам запрос на изменение. Если все процессы в цикле ответили notChanged, дедлок найден.
Рассмотрим два среза:
- когда взаимно блокирующие процессы прислали координатору свои графы;
- когда они прислали ему notChanged.
Эти срезы не обязательно согласованны, но они барьерно-синхронизированы (из-за сообщений координатору и обратно), а значит образуют согласованный интервал. Поэтому между ними есть согласованный срез , а так как состояние процессов в цикле не менялось на всем интервале, и в первом срезе предикат выполнен, для он также выполнен.
17-19 билеты. Упорядочивание сообщений. Определения, иерархия порядков. Алгоритм для FIFO. Алгоритм для причинно-согласованного порядка. Алгоритм для синхронного порядка
- Иерархия порядков сообщений
- Алгоритм для FIFO порядка
- Алгоритм для причинно-согласованного порядка
- Алгоритм для синхронного порядка
20-21 билеты. Общий порядок (total order). Алгоритмы Лампорта и Скина
TODO? (CHECK)
22 билет. Иерархия ошибок в распределенных системах. Отказ узла в асинхронной системе - невозможность консенсуса (доказательство Фишера-Линча-Патерсона)
- Иерархия ошибок в распределённых системах
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Консенсус в распределённой системе
- Теорема Фишера-Линча-Патерсона (FLP)
23 билет. Консенсус в распределенных системах. Применение консенсуса: выбор лидера, terminating reliable broadcast
- Иерархия ошибок в распределённых системах
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Консенсус в распределённой системе
- Переформулировки консенсуса в распределённой системе
24 билет. Синхронные системы. Алгоритм для консенсуса в случае отказа заданного числа узлов
- Иерархия ошибок в распределённых системах
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Консенсус в распределённой системе
- Консенсус в синхронных системах
25 билет. Синхронные системы. Проблема византийских генералов. Алгоритм для N >= 4, f = 1. Объяснить идею обобщения для f > 1
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Проблема византийских генералов
- Алгоритм Лампорта-Шостака-Пиза для решения проблемы
26 билет. Синхронные системы. Проблема византийских генералов. Невозможность решения при N = 3, f = 1
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Проблема византийских генералов
- Невозможность византийского консенсуса при N=3, f=1.
27 билет. Недетерминированные алгоритмы консенсуса. Алгоритм Бен-Ора.
- Иерархия ошибок в распределённых системах
- Асинхронные и синхронные распределённые системы
- Консенсус в распределённой системе
- Алгоритм Бен-Ора
28 билет. Paxos. Алгоритм, его свойства.
29 билет. Paxos. Общие принципы. Основные модификации.
30 билет. Raft. Алгоритм, его свойства.
31 билет. Транзакции в распределенных системах. 2 Phase Locking
32 билет. Транзакции в распределенных системах. 2 Phase Commit.
33 билет. СAP теорема (концепции, подходы, без доказательства)
34 билет. Gossip. СRDT и дельта-CRDT (концепции, примеры алгоритмов, см. работу с семинара)
CRDT (Conflict-Free Replicated Data Type) — объект, который можно реплицировать на много узлов и обновлять параллельно без координации между узлами.
Репликация на основе состояния
Получив обновление от клиента, реплика сперва обновляет локальное состояние, затем отправляет это состояние другой реплике. Та применяет функцию merge, чтобы объединить свое состояние с полученным и отправляет его еще одной реплике, и т. д..
Достаточные условия согласованности:
1. Множество возможных состояний образует полурешетку, т.е. частично упорядоченное множество с операцией наименьшей верхней грани, причем merge реализует эту операцию;
2. Обновления возрастают.
Репликация на основе операций
Реплика посылает не все состояние, а только обновление всем репликам. Согласованность можно гарантировать, если обновления коммутативны. Кроме того, требуется чтобы каждая операция была доставлена ровно один раз.
todo дельта-CRDT
