Arquiteturas de Computadores Paralelos

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1 Universidade Tuiuti do Paraná UTP Faculdade de Ciências Exatas - FACET Tecnologia de Análise e Desenvolvimento de Sistemas Organização de Computadores Prof. André Luiz 1

2 Paralelismo O estudo de paralelismo está ligado ao fato de que, a limitação de um único processador não poder aumentar indefinidamente seus recursos computacionais, como por exemplo a frequência. O paralelismo pode ser introduzido em vários níveis: Paralelismo a nível de CHIP; Adição de processadores especializados; Multiprocessadores; Multicomputadores; 2

3 Paralelismo Soluções de processamento de multiplos CPUs são consideradas como: Fortemente aclopadas devido a proximidade das CPUs; Fracamente aclopadas devido a distância entre CPUs. 3

4 Paralelismo no CHIP Um modo de aumentar a produtividade de CHIP é conseguir que ele faça várias coisas ao mesmo tempo. Multithreading Multicore Duas técnicas são utilizadas: 4

5 Paralelismo a nível de instrução (Pipeline) Inicialmente o paralelismo de instrução é baseado na busca antecipada das instruções, dividindo a busca e a execução em duas partes distintas. O Pipeline (paralelismo, tubulação) amplia essa estratégia em vários estágios de busca e execução, criando o caminho dos dados. 5

6 Paralelismo a nível de instrução (Pipeline) 6

7 Paralelismo a nível de Processador Esse tipo de paralelismo é uma técnica que busca o ganho de desempenho associando duas ou mais CPUs organizados para executar uma determinada tarefa. Técnicas utilizadas: Computadores matriciais (Matriz de processadores dedicados) Multiprocessadores (Conjunto de processadores independentes) Multicomputadores 7

8 Multicomputadores Esse tipo de paralelismo é uma técnica que une CPUs, que estão fracamente aclopadas, utilizando-se da troca de mensagens para excecução de uma determinada tarefa. Cluster ativo-ativo Cluster ativo-passivo Técnicas utilizadas: 8

9 Multicomputadores - Cluster ativo x ativo Cluster com balanceamento de carga, onde os servidores dividem as requisições (ativo/ativo) MORIMOTO 9

10 Multicomputadores - Cluster ativo x passivo Em vez de montar um único servidor com componentes redundantes, existe também a opção de usar um cluster de alta disponibilidade (chamados de "high-availability clusters" ou "failover clusters"), onde são usados dois servidores completos, onde a única função do segundo servidor é assumir a posição do primeiro em caso de falhas (modo chamado de ativo/passivo), diferente de um cluster com balanceamento de carga, onde os servidores dividem as requisições (ativo/ativo) MORIMOTO 10

11 Paralelismo por Software É possivel executar um programa com capacidade de dividir uma tarefa em pequenas partes e executá-las em paralelo. Como por exemplo diversos cálculos matemáticos ou até mesmo atender a requisição de vários clientes, sem que seja necessário formar uma fila de processamento. Threads Processos filhos (fork) Técnicas utilizadas: 11

12 Paralelismo por Software Programar um multicomputador requer software especial, usualmente blibliotecas, para manipular a comunicação e a Sincronização entre processos. TANENBAUM Sistemas de troca de mensagens têm dois ou mais processos que executam independentemente um do outro. Não há nenhuma garantia de que, quando o remetente tiver mais dados, os receptores estão prontos para ele, pois cada um executa seu próprio programa. TANENBAUM 12

13 Threads Linhas de execução É uma técnica de um processo dividir a si mesmo em duas ou mais tarefas que podem ser executadas concorrentemente. As threads dependem do processo que as criou, compartilhando memória e demais recursos que precisam ser controlados. Exemplo: Biblioteca libptrhead em linguagem c 13

14 Exemplo: Biblioteca libptrhead #include <stdio.h> #include <pthread.h> void *TestFunction(void*) { printf("função de teste...\n"); return NULL; } int CreateThread() { pthread_t thread_hdl; if(pthread_create(&thread_hdl,null,testfunction, NULL)!= 0) { printf("criação de thread falhou \n"); return -1; } } int main(void) { CreateThread(); printf("oi Open C!\n"); return 0; } 14

15 FORK Processos filho É uma técnica de cria um novo processo através da duplicação de um processo existente. O novo processo, conhecido como filho, é uma cópia exata do processo de chamada, conhecido como o pai. O processo filho tem um conjunto próprio de recursos de memória, PID, tempos de CPU, entre outros atributos como bloqueios. 15

16 Exemplo: Biblioteca fork() #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { printf("ola, sou o processo PAI: %d\n", getpid()); if(fork() == 0) { printf("1o Processo filho PID: %d\n", getpid()); }else{ wait(); if(fork() == 0) { printf("2o Processo filho PID: %d\n", getpid()); }else{ wait(); printf("finalizando processo PAI: %d\n", getpid()); } } return 0; } 16

17 Referências [1] Organizacao Estruturada de Computadores - 5ª Ed. Autor: Tanenbaum, Andrew S. Editora: Pearson Prentice Hall, [2] Hardware o Guia Definitivo II Autor: Carlos E. Morimoto Editora: GDH Press e Sul Editores,

18 Atribuição-Compartilhamento pela mesma licença 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/deed.pt) Você pode: copiar, distribuir, exibir e executar a obra criar obras derivadas fazer uso comercial da obra Sob as seguintes condições: Atribuição. Você deve dar crédito ao autor original, da forma especificada pelo autor ou licenciante. Compartilhamento pela mesma Licença. Se você alterar, transformar, ou criar outra obra com base nesta, você somente poderá distribuir a obra resultante sob uma licença idêntica a esta. Para cada novo uso ou distribuição, você deve deixar claro para outros os termos da licença desta obra. Qualquer uma destas condições podem ser renunciadas, desde que Você obtenha permissão do autor. Qualquer direito de uso legítimo (ou "fair use") concedido por lei, ou qualquer outro direito protegido pela legislação local, não são em hipótese alguma afetados pelo disposto acima. Este é um sumário para leigos da Licença Jurídica (na íntegra: Termo de exoneração de responsabilidade:

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