Capítulo 8. Sistemas com Múltiplos Processadores. 8.1 Multiprocessadores 8.2 Multicomputadores 8.3 Sistemas distribuídos

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1 Capítulo 8 Sistemas com Múltiplos Processadores 8.1 Multiprocessadores 8.2 Multicomputadores 8.3 Sistemas distribuídos 1

2 Sistemas Multiprocessadores Necessidade contínua de computadores mais rápidos modelo de memória compartilhada multicomputador com troca de mensagens sistema distribuído de longa distância 2

3 Multiprocessadores Definição: um sistema computacional no qual duas ou mais CPUs compartilham acesso total a uma RAM comum 3

4 Hardware de Multiprocessador (1) Multiprocessadores baseados em barramento 4

5 Hardware de Multiprocessador (2) Multiprocessador UMA usando uma chave crossb 5

6 Hardware de Multiprocessador (3) Multiprocessadores UMA usando redes de comutação multiestágio podem ser construídos a partir de chaves 2 x 2 (a) Uma chave 2x2 (b) Formato de mensagem 6

7 Hardware de Multiprocessador (4) Rede de chaveamento Omega 7

8 Hardware de Multiprocessador (5) Características de Multiprocessadores NUM 1. Espaço de endereçamento único visível a toda as CPUs 2. Acesso à memória remota via comandos - LOAD STORE 1. Acesso à memória remota mais lento que acesso à memória local 8

9 Hardware de Multiprocessador (6) (a) Multiprocessador de 256 nodos com base em diretório (b) Campos de um endereço de memória de 32 bits (c) Diretório no nodo 36 9

10 Tipos de SO para Multiprocessadores (1) Cada CPU tem seu próprio sistema operacional 10

11 Tipos de SO para Multiprocessadores (2) Multiprocessadores mestre-escravo 11

12 Tipos de SO para Multiprocessadores (3) Multiprocessadores simétricos Modelo de multiprocessador SMP 12

13 Sincronização em Multiprocessadores (1) Instrução TSL pode falhar se barramento não puder ser reservado 13

14 Sincronização em Multiprocessadores (2) Múltiploslocks para evitar a substituição excessiva na cache 14

15 Sincronização em Multiprocessadores (3) Teste contínuo vs. chaveamento Em alguns casos a CPU deve esperar até que possa acessar a lista de processos prontos para executar Em outros casos existe uma escolha teste contínuo gasta ciclos de CPU chaveamento também usa ciclos de CPU é possível tomar decisão independente cada vez que um mutex impedido é encontrado 15

16 Escalonamento de Multiprocessadores (1) Compartilhamento de tempo Note o uso de uma única estrutura de dados para o escalonamento 16

17 Escalonamento de Multiprocessadores (2) Compartilhamento de espaço Múltiplos threads em múltiplas CPUs ao mesmo temp 17

18 Escalonamento de Multiprocessadores (3) Problema com a comunicação entre dois threads ambos pertencem ao processo A ambos estão executando fora de fase 18

19 Escalonamento de Multiprocessadores (4) Solução: escalonamento em bando 1. Grupos de threads relacionados são escalados como uma unidade (um bando) 2. Todos os membros do bando executam simultaneamente em diferentes CPUs com compartilhamento de tempo 1. Todos os membros de um bando iniciam e finalizam juntos suas fatias de tempo 19

20 Escalonamento de Multiprocessadores (5) Escalonamento em bando 20

21 Multicomputadores Definição: CPUs fortemente acopladas que não compartilham memória Também conhecidos como computadores clusters clusters de estações de trabalho (COWs) 21

22 Hardware de Multicomputador (1) Topologias de interconexão (a) chave simples (d) toro duplo (b) anel (e) cubo (c) grade (f) hipercubo 4D 22

23 Hardware de Multicomputador (2) Esquema de comutação Comutação de pacotes armazena-eencaminha (store-and-forward) 23

24 Hardware de Multicomputador (3) Placas de interface de rede em um multicomputa 24

25 Software de Comunicação de Baixo Nível (1) Se vários processos estão executando em um nodo precisam de acesso à rede para enviar pacotes... Mapear a placa de interface para todos os processos que precisam dela Se o núcleo precisa acessar a rede... Usar duas placas de rede Uma para o espaço do usuário, uma para o núcleo 25

26 Software de Comunicação de Baixo Nível (2) Comunicação entre o nodo e a interface de rede Uso de anéis de envio e recepção Coordena a CPU principal com a CPU da placa de rede 26

27 Software de Comunicação no Nível do Usuário Serviços mínimos oferecidos Comandos de envio e recepção Estas são chamadas bloqueantes (síncronas) (a) Chamada send bloqueante (b) Chamada send não bloqueante 27

28 Chamada de Procedimento Remoto (1) Passos na realização de uma chamada de procedimento remoto Os stubs são mostrados em tonalidade escurecida 28

29 Chamada de Procedimento Remoto (2) Questões de Implementação Não pode passar ponteiros chamada por referência se torna copia-restaura (mas pode falhar) Linguagens fracamente tipificadas stub cliente não consegue determinar tamanho Nem sempre é possível deduzir os tipos de parâmetros Não pode usar variáveis globais pode ser movido para máquina remota 29

30 Memória Compartilhada Distribuída (1) Note os níveis onde ela pode ser implementada a) b) c) hardware sistema operacional software no nível do usuário 30

31 Memória Compartilhada Distribuída (2) Replicação (a) Páginas distribuídas em 4 máquinas (b) CPU 0 lê página 10 (c) CPU 1 lê página 10 31

32 Memória Compartilhada Distribuída (3) Falso compartilhamento Deve também obter consistência seqüencial 32

33 Escalonamento em Multicomputador Balanceamento de Carga (1) Algoritmo determinístico grafo-teórico 33

34 Balanceamento de Carga (2) Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo emissor emissor sobrecarregado 34

35 Balanceamento de Carga (3) Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo receptor com receptor subatarefado 35

36 Sistemas Distribuídos (1) Comparação de três tipos de sistemas com múltiplas CPUs 36

37 Sistemas Distribuídos (2) Atingindo uniformidade com middleware 37

38 Hardware de Rede (1) Ethernet (a) Ethernet clássica (b) Ethernet com chave (switch) 38

39 Hardware de Rede (2) A Internet 39

40 Serviços de Rede e Protocolos (1) Serviços de Rede 40

41 Serviços de Rede e Protocolos (2) Protocolo da Internet - IP Protocolo de Transmissão e Controle TCP Interação de Protocolos 41

42 Middleware com Base em Documentos (1) A Web um grande grafo dirigido de documentos 42

43 Middleware com Base em Documentos (2) Como o navegador obtém uma página 1. Pergunta ao DNS pelo endereço IP 2. DNS responde com o endereço IP 3. Navegador abre uma conexão 4. Envia requisição para página especificada Servidor envia arquivo Conexão TCP liberada Navegador exibe texto Navegador busca, exibe imagens 43

44 Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (1) Modelos de Transferência (a) modelo upload/download (b) modelo de acesso remoto 44

45 Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (2) Transparência de nomeação (b) Clientes têm a mesma visão do sistema de arquivos (c) Alternativamente, clientes com diferentes visões 45

46 Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (3) Semântica do compartilhamento de arquivos (a) processador único provê consistência seqüencial (b) sistema distribuído pode retornar valor obsoleto 46

47 Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (4) a) AFS Andrew File System b) Visão do cliente Estações de trabalho agrupadas em células Note posição de venus e vice 47

48 Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (1) Principais elementos de um sistema distribuído baseado em CORBA CommonObject RequestBroker Architecture 48

49 Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (2) Evolução para sistemas muito grandes objetos replicados flexibilidade Globe projetado para evoluir para um bilhão de usuários um trilhão de objetos pelo mundo 49

50 Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (3) Objeto Globe estruturado 50

51 Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (4) Um objeto compartilhado distribuído no Globe pode ter seu estado copiado em múltiplos computadores de uma só vez 51

52 Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (5) Estrutura interna de um objeto Globe 52

53 Middleware com Base em Coordenação (1) Linda Tupla processos independentes comunicam-se via um espaço de tuplas abstrato como uma structure em C, record em Pascal Operações: out, in, read, eval 53

54 Middleware com Base em Coordenação (2) Arquitetura publica/inscreve 54

55 Middleware com Base em Coordenação (3) Jini baseado no modelo Linda dispositivos conectados em uma rede oferece, usa serviços Métodos Jini 1. read 2. write 3. take 4. notify 55

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