Etapa 3 - Projeto PPC

Equipe responsável:

• Nayla Sahra Santos das Chagas - 202000024525
• Túlio Sousa de Gois - 202000024599

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Explicação da Integração do Sistema Produtor Consumidor com o Sistema de Relógios Vetoriais

Solução

A nossa solução implementa um sistema distribuído de relógios vetoriais usando MPI para comunicação entre processos e pthreads para concorrência dentro de cada processo. O sistema segue um modelo produtor-consumidor com buffers intermediários.

• Relógio Vetorial
  O relógio vetorial é implementado como uma estrutura VectorClock que contém um array de inteiros. O tamanho deste array é igual ao número de processos no sistema (definido por THREAD_NUM).

  typedef struct {
      int clock[THREAD_NUM];
  } VectorClock;

• Buffer
  Dois buffers compartilhados são utilizados: buffer_entrada e buffer_saida. Ambos são arrays de VectorClock com tamanho fixo BUFFER_SIZE.

  VectorClock buffer_entrada[BUFFER_SIZE];
  VectorClock buffer_saida[BUFFER_SIZE];

• Sincronização
  A sincronização é implementada usando mutexes e variáveis de condição para acessar os buffers, evitando condições de corrida:

  pthread_mutex_t mutex_entrada, mutex_saida;
  pthread_cond_t can_produce_entrada, can_consume_entrada;
  pthread_cond_t can_produce_saida, can_consume_saida;

Componentes Principais

1. Thread de Entrada

   • Recebe mensagens via MPI
   • Atualiza o relógio vetorial local
   • Coloca o relógio atualizado no buffer de entrada

2. Thread de Relógios

   • Consome relógios do buffer de entrada
   • Atualiza o relógio local (evento local)
   • Coloca o relógio atualizado no buffer de saída

3. Thread de Saída

   • Consome relógios do buffer de saída
   • Envia o relógio para o próximo processo via MPI

Funcionamento

1. Inicialização

   • O programa inicia THREAD_NUM processos MPI
   • Cada processo cria 3 threads: entrada, relógios e saída
   • O processo 0 envia uma mensagem inicial para iniciar o fluxo

2. Comunicação

   • Os processos formam um anel lógico
   • Cada processo envia mensagens para o próximo e recebe do anterior

3. Atualização do Relógio

   • Na recepção de uma mensagem, o relógio é atualizado com o máximo entre o local e o recebido
   • Um evento local incrementa apenas o contador do processo atual

Cenários de teste

Os cenários de teste estão implementados nas funções de cada thread. O cenário principal é o de buffer cheio/vazio, que é tratado usando as variáveis de condição.

1. Buffer de Entrada Cheio

   while (buffer_entrada_count == BUFFER_SIZE) {
       printf("Processo %d: Thread Entrada - Fila cheia, aguardando...\n", rank);
       pthread_cond_wait(&can_produce_entrada, &mutex_entrada);
   }

2. Buffer de Saída Vazio

   while (buffer_saida_count == 0) {
       printf("Processo %d: Thread Saída - Fila de saída vazia, aguardando...\n", rank);
       pthread_cond_wait(&can_consume_saida, &mutex_saida);
   }

Dificuldades encontradas

• Sincronização das threads;
• Validação do resultado dos relógios vetoriais;