Daniel Yuji Hosomi - 248255
Lucas Francisco Silva Paiva - 248390
Descrição do Problema: O problema abordado neste projeto envolve a implementação de algoritmos distribuídos que são essenciais para a coordenação e sincronização em sistemas distribuídos. Especificamente, foram implementados três algoritmos: o Relógio Lógico de Lamport, Token Ring e Leader Election.
Objetivos do Projeto: O principal objetivo do projeto é desenvolver uma solução que implemente eficientemente os algoritmos mencionados acima, utilizando técnicas de comunicação em sistemas distribuídos. O projeto visa demonstrar a aplicação prática desses algoritmos e validar seu funcionamento através de testes e experimentos.
Relógio Lógico de Lamport: Este algoritmo é utilizado para ordenar eventos em sistemas distribuídos onde não existe um relógio global. Ele garante que se um evento A causou um evento B, então A será ordenado antes de B. Isso garante sincronização entre diferentes máquinas e processos durante o envio de mensagens.
Token Ring: A exclusão mútua é necessária para evitar conflitos de acesso concorrente a recursos compartilhados. Implementamos o algoritmo token ring de exclusão mútua para garantir que apenas um processo possa acessar o recurso crítico por vez. Nesse algoritmo cada processo possuí uma variável informando
Bully Algorithm for Leader Election: A eleição de líder é crucial em sistemas distribuídos para coordenar ações e tomar decisões. Implementamos o algoritmo bully de eleição de líder que escolhe um líder entre os processos distribuídos, que será responsável por coordenar as operações. O líder escolhido é a partir da prioridade dos processos e dos computadores, que é definida quando subimos eles nas redes distribuídas.
Bibliotecas Utilizadas:
- Python: Utilizado como linguagem de programação principal.
- Paho-MQTT: Biblioteca utilizada para conexão e comunicação em redes de computadores.
- Docker: Para virtualização e simulação de várias máquinas em contribuição.
Sistemas de Comunicação: Utilizamos comunicação baseada em troca de mensagens pelo paho-mqtt usando o broker message mosquitto para garantir a entrega confiável de mensagens entre os processos.
Ambiente de Execução: O código foi executado em um ambiente de contêineres Docker para simular um sistema distribuído. Cada contêiner representa um nó no sistema distribuído.
Descrição dos Arquivos de Código:
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device.py: Este arquivo contém a definição da classe
Device, que representa um nó no sistema distribuído. Ele inclui métodos para inicializar o dispositivo, enviar e receber mensagens, e processar eventos de acordo com o Relógio Lógico de Lamport. -
message.py: Define a estrutura das mensagens trocadas entre os dispositivos. Cada mensagem inclui informações como data, timestamp, remetente, e destinatário.
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util.py: Contém constantes utilitárias para suporte à comunicação e manipulação de mensagens.
Estratégia de Testes: Os testes foram realizados em um ambiente simulado utilizando múltiplos contêineres Docker. Cada contêiner executa uma instância do código do dispositivo, permitindo a comunicação entre os nós e a validação dos algoritmos. Todos os algoritmos são executados de maneira simultânea.
Resultados dos Testes: Os algoritmos foram validados com sucesso através de uma série de testes. Cada algoritmo demonstrou o comportamento esperado:
- O Relógio Lógico de Lamport ordenou corretamente os eventos distribuídos.
- O algoritmo token ring de exclusão mútua garantiu acesso exclusivo ao recurso crítico.
- O algoritmo bully de eleição de líder selecionou corretamente um líder entre os nós distribuídos.
Descrição dos Experimentos: Foram realizados experimentos para validar o comportamento dos algoritmos em diferentes cenários de carga e falhas. Testamos o sistema com diferentes números de nós e simulamos falhas de comunicação para avaliar a robustez dos algoritmos.
Análise dos Resultados: Os resultados mostraram que os algoritmos são eficientes e robustos, mantendo a correção e a consistência do sistema mesmo em condições adversas. O Relógio Lógico de Lamport conseguiu ordenar corretamente eventos mesmo com alta concorrência. O algoritmo de exclusão mútua manteve a exclusividade do acesso ao recurso, e o algoritmo de eleição de líder conseguiu eleger um líder mesmo após falhas de comunicação.
Dificuldades Enfrentadas: As principais dificuldades incluíram a configuração do ambiente de contêineres e a garantia de sincronização precisa entre os nós distribuídos. Além disso, a depuração de problemas de comunicação entre contêineres foi desafiadora.
O que Poderia Ser Melhorado: A implementação poderia ser melhorada utilizando bibliotecas de comunicação mais avançadas, como gRPC, para simplificar a comunicação entre os nós. Além disso, a automação dos testes e a criação de um sistema de monitoramento para os nós distribuídos seriam benéficas.
Aprendizados: Este projeto proporcionou uma compreensão profunda dos desafios e técnicas envolvidas na implementação de algoritmos distribuídos. Aprendemos sobre a importância da sincronização de tempo, a coordenação de processos e a tolerância a falhas em sistemas distribuídos. Além de aprender bastante sobre comunicação entre computadores e redes de computadores.
Para a execuação e simulação do código em sua máquina é necessário possuir o Python na versão 3.7 ou acima e o Docker Desktop e rodar os seguintes comandos:
- docker build . -t "mc714-t2"
- docker compose up