Questão 1. Benefícios. Benefícios. Desafios. Desafios. 1. Quais são os desafios e benefícios em potencial da computação distribuída?

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1 Questão 1 1. Quais são os desafios e benefícios em potencial da computação distribuída? Processamento Paralelo Correção Simulado Prof. João Paulo A. Almeida 2007/01 - INF02799 Com alguns slides de Parallel Programming Techniques & Applications Using Networked Workstations & Parallel Computers 2nd ed., B. Wilkinson & M. Allen, Benefícios Compartilhamento de recursos: Capacidade de processamento Memória Armazenamento Banda de rede / acesso Disponibilidade Dispositivos (impressoras, monitores) Bateria Benefícios Podemos explorar distribuição Distribuição não é requisito da aplicação ou dos usuários, mas explora-se a distribuição para obter: Aplicações mais rápidas: por exemplo, com uma pesquisa de banco de dados com menor tempo de resposta; cálculos complexos, etc. Aplicações mais confiáveis: sistemas de bancos, seguradoras, indústrias, etc. Aplicações de maior capacidade: número de caixas eletrônicos e clientes na Internet fazendo operações bancárias / pedidos / pesquisas escalabilidade Desafios Distribuição é um fato, parte do problema Usuários e recursos estão fisicamente distribuídos Temos que lidar com a distribuição Exemplos: Páginas na Internet Usuários de Desafios Falhas independentes Heterogeneidade LPs, SOs, hardware, redes Atraso, limite de capacidade e falha na comunicação Não somente pela capacidade de transmissão (banda) mas também pela distância geográfica Desafios de segurança Múltiplos pontos de acesso ao sistema (não há relógios centralizados, não há controle centralizado) 1

2 Questão 3 O que é portabilidade? Explique que elementos do padrão CORBA que facilitam a portabilidade. Portabilidade x Interoperabilidade Padronização de algumas partes necessárias para interoperabilidade Interoperabilidade: capacidade de sistemas de trabalhar em conjunto Padronização necessária para portabilidade Portabilidade: capacidade de (partes/componentes de) sistemas de serem usados em vários contextos Portabilidade Em CORBA, portabilidade envolve utilizar os mesmos clientes, servidores e servants com middleware de diferentes vendedores Elementos da arquitetura CORBA que facilitam a portabilidade: Mapeamento IDL -> LP é padronizada Requer padronização da IDL Interface com stubs e skeletons é padronizada Interface do ORB é padronizada Como inicializar o ORB, como gerar uma referência para o objeto, serializá-las, como fazer DII,... Interface do POA é padronizada (skeleton) Interoperabilidade Interoperabilidade permite usar ORBs de diferentes vendedores, implementados em diferentes LPs, SOs, hardware assim como clientes e objetos heterogêneos Interoperabilidade é facilitada pela padronização da IDL Uso de protocolo padronizado (IIOP) Regras de comunicação Forma de se codificar os parâmetros e invocações na rede é padronizada (e isso depende da interface específica) Questão 2 Cite e descreva pelo menos três benefícios do uso de middleware para construção de aplicações distribuídas. Benefícios do uso de middleware Padronização Interoperabilidade entre LPs, SOs, hardware diferentes Se middleware é padronizado, interoperabilidade entre diferentes vendedores do middleware Portabilidade entre middleware de diferentes vendedores Não é necessário criar um protocolo para cada aplicação Nível alto de abstração para descrição de partes do sistema Não é necessário programar diretamente em termos de sockets Middleware fornece facilidades (serviços como serviço de nome, eventos, threading) Transparência Heterogeneidade Localização de objetos Falhas na comunicação 2

3 Questão 4 Explique como adicionar robustez à arquitetura mestre-escravo descrita em sala de aula (primeiro trabalho). Considere que os escravos podem falhar a qualquer momento, e que o mestre não falhará enquanto estiver processando uma requisição de um cliente (o mestre pode falhar entre requisições dos clientes). Como o sistema se recupera de cada uma dessas falhas? (Descreva sua solução para a distribuição de referências.) Questão 4: Adicionando robustez à arquitetura mestre-escravo Para recuperar de falhas no escravo: Mestre deve remover escravos da lista quando invocação gerar exceção ao invocar soma Mestre deve redirecionar os sub-vetores que não forem computados a outros escravos para soma Naturalmente o speed-up poderá ser afetado: Como? Alternativamente o mestre pode fazer a computação ele mesmo Questão 4: Adicionando robustez à arquitetura mestre-escravo Para recuperar de falhas no escravo: Mestre deve remover escravos da lista quando invocação gerar exceção ao invocar soma Mestre deve redirecionar os sub-vetores que não forem computados a outros escravos para soma Naturalmente o speed-up poderá ser afetado: Como? tudo depende do tempo que se leva para detectar a falha do escravo Mestre pode invocar periodicamente uma operação no escravo para checar se este continua ativo, e remover aqueles cuja invocação gerar exceção Há desvantagens nessa solução? Como avaliar se essa é a melhor solução em termos de desempenho? O que é necessário saber? Mestre pode invocar periodicamente uma operação no escravo para checar se este continua ativo, e remover aqueles cuja invocação gerar exceção Há desvantagens nessa solução? Como avaliar se essa é a melhor solução em termos de desempenho? O que é necessário saber? Probabilidade de falha de um escravo x custo de invocação da operação para o número de escravos Penalidade de desempenho quando uma falha é detectada apenas na invocação Para recuperar de falhas no mestre: Escravos podem esperar por um timeout e se não receberem requisiões do mestre, contactar novamente o naming service para obter nova referência para o mestre Como escolher o valor de timeout? 3

4 Alternativamente, escravos podem invocar periodicamente uma operação ping no mestre para saber se o mestre continua ativo. Se houver exceção, o escravo deve contactar novamente o naming service para obter nova referência válida para o mestre Se houver exceção os clientes devem contactar novamente o naming service para obter uma referência válida para o mestre, pedir a soma novamente. Questão 5 Considere um cluster de p máquinas homogêneas (mesma capacidade de processamento). Considere que os escravos oferecem uma operação que retorna um índice c (ponto fluatuante) entre 0 e 100, denotando a carga do sistema no qual o escravo roda (0 denota sistema ocioso, e 100 denota sistema totalmente ocupado.) Considere que o tempo de processamento da soma do subvetor por um escravo (te) é inversamente proporcional ao índice de carga e diretamente proporcional ao tamanho do vetor (n): te(n,c) = a * n / (100-c) (onde a é um fator constante) Como modificar a solução mestre-escravo para maximizar o speed up incluindo todas as máquinas p na computação? Desconsidere o custo de comunicação, e o custo de se perguntar a um escravo sua carga atual. Descreva em pseudo-código a implementação da operação soma do mestre. Speed-up p = número de processos n = tamanho do problema (e.g., número de elementos do vetor) Fator de speed-up S(p) = Tempo de execução usando um processador / Tempo de execução usando p processadores = t s /t p Considerar melhor algoritmo sequencial para a tarefa Lei de Amdahl Lei de Amdahl p=1 p>1 Qual é o speed-up máximo possível? 4

5 Speed-up com máquinas com carga heterogênea Temos que tentar fazer com que as seções paralelizáveis tenham a mesma duração Assim, garantimos que, durante a computação não há escravos ociosos Balanceamento de carga te(n,c) = a * n / (100-c) É só distribuir o vetor de acordo com as cargas (de forma inversamente proporcional à carga) O tamanho do sub-vetor a ser computado por um escravo i: tamanho i =n*(100-c i )/Σ p (100-c i ) Checar condição se todos os escravos estiverem ocupados (evitando a divisão por zero) Quando as cargas são iguais (caso especial) tamanho i =n*(100-c i )/Σ p (100-c i ) tamanho i =n*(100-c)/σ p (100-c)=n/p 5

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