Informática UFRGS. Cláudio Geyer. Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 1

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1 Troca de Mensagens Curso de Programação Concorrente Notas de aula Cláudio Geyer. Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 1

2 Autores Autores C. Geyer Local Instituto de Informática disciplina: Sistemas Operacionais II Versão V7 data: 2011/2 Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 2

3 Súmula Súmula conceitos básicos troca de mensagens, características, mensagem, primitivas, argumentos canal: conceito, propriedades, criação nomeação direta, direta simétrica e assimétrica, indireta identificação de processos buferização situações de erro Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 3

4 Bibliografia Bibliografia Andrews, G. Concurrent Programming - Principles and Practice. The Benjamin/Cummings, Redwood, Cap. 7: conceitos básicos, comunicação assíncrona, exemplos Cap. 8: comunicação síncrona Cap. 9: RPC e rendezvous Andrews, G. Foundations of Multithreaded, Parallel, and Distributed. Addison-Wesley, Cap. 7: conceitos e estudos de casos Cap. 8: RPC e rendezvous Cap. 9: exemplos de programas Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 4

5 Bibliografia Bibliografia Silberschatz, A. and Galvin, P. Operating Systems Concepts. (Fith edition), Reading, MA, Addison-Wesley, Usado na preparação inicial desses slides (seção 4.6 da 4a edição, 1994) Também as novas edições e livro SO + Java Tanenbaum, A.S. Modern Operating Systems. Englewood Clifss, NJ, Prentice-Hall, Também as novas edições Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 5

6 Biblografia Bibliografia relacionada Lynch, N. Distributed Algorithms. Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco, CA, Barbosa, V. C. An Introduction to Distributed Algorithms. MIT Press, Raynal, M. Distributed algorithms and protocols. Wiley, Chichester, TEL, G. Introduction to Distributed Algorithms Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 6

7 Conceitos Básicos Conceitos básicos definição: modelo de comunicação para processos que não compartilham variáveis modelo de comunicação onde dados privados de um processo são enviados (comunicados, copiados) a outro processo através de mecanismos (primitivas) especiais Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 7

8 Informática Conceitos básicos motivação Conceitos Básicos modelo de processos, como o Unix, onde não há compartilhamento de variáveis, inclusive sobre memória fisicamente compartilhada (mesma máquina) processos executando em máquinas distintas, sem memória fisicamente compartilhada redes de computadores: processos em 2 estações diferentes Manter um só modelo para memória compartilhada e redes outros nomes IPC: interprocess communication alguns autores incluem também nesse nome a comunicação por variáveis compartilhadas Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 8

9 Informática Conceitos básicos (cont.) Características gerais Conceitos Básicos comunicação e sincronização na mesmas primitivas diferentes sintaxes e semânticas pode ser usado conjuntamente com variáveis compartilhadas O uso de redes e computadores com processadores multicore deve intensificar o uso de modelo combinado Desempenho Variáveis compartilhadas têm melhor desempenho em memória fisicamente compartilhada TM tem melhor desempenho em redes Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 9

10 Informática Conceitos básicos (cont.) primitivas mínimas conceituais send(mensagem) Conceitos Básicos processo A envia dados contidos em mensagem a outro processo receive(mensagem) processo B recebe dados contidos em mensagem somente um processo recebe a mensagem variações serão apresentadas nos próximos slides send mensagem receive A B Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 10

11 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) Identificação do parceiro (nomeação) Forma e semântica usual Send exige a identificação do destino (processo) Receive não exige a identificação do emissor Pode receber de qualquer processo Mais um argumento: send(destino, mensagem) receive(origem, mensagem) ou receive(any, mensagem) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 11

12 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) tamanho da mensagem fixo implementação da primitiva é mais simples programação mais complexa quando as mensagens da aplicação tem tamanho variável variável eventualmente, o programador precisa explicitar o tamanho de cada mensagem No send e no receive => mais um parâmetro Pode provocar tamanhos distintos entre o send e o receive Erros? Semântica? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 12

13 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) tipo da mensagem vetor de bytes vetor de outros tipos Inteiro, real,... tipada e estruturada lista de parâmetros objeto Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 13

14 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) Sincronização Questão básica: primitivas send/receive bloqueiam? Quando? Semântica usual Send assíncrono (ou não bloqueante) Processo emissor não espera a execução do receive Receive síncrono (ou bloqueante) Observação Processor receptor espera que ao menos uma mensagem tenha sido enviada Alguns autores diferenciam termos: assíncrono x não bloqueante Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 14

15 Informática Conceitos básicos (cont.) Sincronização A semântica acima exige o uso de um buffer na implementação Buffer contém mensagens enviadas e não recebidas Send funciona como um append de produtor Produtor adiciona mensagem no buffer Bloqueia se buffer cheio? A verificar adiante Receive funciona como um get de consumidor Consumidor retira mensagem do buffer Bloqueia se buffer vazio Em caso de acesso concorrente ao buffer Conceitos Básicos Implementação deve mantê-lo em estado consistente Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 15

16 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) Sincronização A semântica acima permite o uso de send/receive para resolver problemas de sinalização Wait: -> receive(any, sinal) Signal: -> send(procdormindo, sinal) Questão: O sinal é perdido se procdormindo ainda não executou o wait? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 16

17 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) As bibliotecas reais apresentam inúmeras variações e combinações sobre as opções acima Algumas serão apresentadas nos próximos slides Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 17

18 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) canal de comunicação também chamado de ligação (link) suporte abstrato (lógico, de programação) pelo qual as mensagens são transferidas de um processo a outro nem sempre visível (explícito) no programa diversas semânticas e sintaxes Em função de variantes como as apresentadas nos slides anteriores: sincronização, Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 18

19 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) (outras) propriedades dos canais de comunicação como o canal é estabelecido (criado)? quantos processos (2 ou mais) podem estar associados a um canal? quantos canais distintos podem existir entre 2 processos? Ver mais adiante x sincronização qual é a capacidade em mensagens (ou bytes) de um canal? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 19

20 Conceitos Básicos Conceitos básicos (cont.) (outras) propriedades dos canais de comunicação tamanho das mensagens: fixo, variável, limite canal unidirecional ou bidirecional? mensagens somente em um sentido ou nos dois? se um canal está associado a somente 2 processos: unidirecional: somente um processo pode enviar e o outro somente receber Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 20

21 Informática Conceitos básicos (cont.) propriedades dos canais de comunicação outros tipos comunicação direta ou indireta Conceitos Básicos comunicação simétrica ou assimétrica buferização automática ou explícita envio por cópia ou por referência Obs.: Diversas propriedades serão analisadas nos próximos slides Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 21

22 Nomeação Nomeação conceito como os processos se designam durante a comunicação comunicação direta cada processo deve explicitar a identificação do outro processo send(p, mensagem) processo envia mensagem ao processo P receive(q, mensagem) processo recebe mensagem enviada por Q somente de Q! Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 22

23 Nomeação Nomeação comunicação direta Modelo simples o canal é estabelecido automaticamente entre os dois processos basta que eles se conheçam um canal liga somente dois processos entre dois processos existe somente 1 canal bidirecional Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 23

24 Nomeação Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor produtor consumidor gera elemento e envia ao consumidor por um send recebe elemento por um receive e o consome observações variáveis elemento distintas nos dois processos Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 24

25 Informática Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor diagrama Nomeação Elemento Produtor Consumidor Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 25

26 Informática Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor Código produtor process produtor {}{ repeat... produz(elemento);... send(consumidor, elemento);... until false; }; Nomeação Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 26

27 Informática Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor código consumidor process consumidor {}{ repeat... receive(produtor, elemento);... consome(elemento);... until false; }; Nomeação Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 27

28 Informática Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor Diversas questões de sincronização surgem nesse exemplo Como na solução com buffer compartilhado A) se produtor mais rápido que consumidor? B) se consumidor mais rápido que produtor? Send/receive com semântica assíncrona send assícrono e receive bloqueante -> como solução em memória compartilhada Outras semânticas serão tratadas adiante em buferização Nomeação Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 28

29 Nomeação Nomeação (cont.) comunicação direta (cont.) exemplo produtor-consumidor Um caso usual de sincronização Consumidor eventualmente bloqueia em receive se mais rápido Não há mensagens (ou buffer vazio) Produtor eventualmente recebe exceção ou bloqueia após enviar muitas mensagens quando mais rápido Buffer cheio Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 29

30 Informática Nomeação (cont.) comunicação direta simétrica Nomeação tanto emissor quanto o receptor devem conhecer (ou explicitar) o parceiro comunicação direta assimétrica somente o emissor conhece o receptor receptor não nomeia o emissor recebe de qualquer outro processo emissor usualmente se usa a constante any ou null receive(any, mensagem) Se número infinito ou não-determinado de processos Programador deve gerenciar a atribuição de nomes Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 30

31 Nomeação Nomeação (cont.) tipos de identificação (nomes) de processos estática usualmente strings definidos pelo programador e passados ao sistema de troca de mensagens (implementação) durante a criação do processo exemplo: kernel HetNOS; mw proposto em projeto de pesquisa do II/ seqüência de inteiros atribuída pelo sistema no início da execução exemplo: MPI (na opção de criação estática) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 31

32 Nomeação Nomeação (cont.) tipos de identificação de processos dinâmica identificadores criados pelo sistema no momento da criação de cada processo exemplos: Unix (fork), PVM, linguagens orientadas a objetos Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 32

33 Informática Nomeação indireta conceitos uso de caixas postais onde Nomeação Indireta processos emissores colocam suas mensagens processos receptores retiram suas mensagens Usualmente uma caixa postal pode ser compartilhada por vários processos emissores e receptores em alguns casos, somente um processo compartilha em recepção motivo: dificuldade de implementação exemplo: canais da linguagem SR Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 33

34 Nomeação Indireta Nomeação indireta conceitos primitivas send(c, mensagem) receive(c, mensagem) onde C é o nome da caixa postal Em geral não é possível usar any em receive Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 34

35 Nomeação Indireta Nomeação indireta caixas postais de processo um processo é responsável pela criação da caixa postal caixa postal pertence ao processo ela é destruída automaticamente quando o processo é destruído exige eventualmente um aviso aos outros processos às vezes somente ele pode receber pela caixa Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 35

36 Informática Nomeação indireta caixas postais de processo para o uso por outros processos Nomeação Indireta o identificador da caixa postal deve ser enviado aos outros processos usualmente por troca de mensagens como desbloquear a primeira troca? o processo proprietário cria o processo receptor e nesse momento passa a caixa como argumento da primitiva de criação fork(caixa_postal_1,...) através de primitivas especiais Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 36

37 Nomeção Indireta Nomeação indireta caixas postais de processo (cont.) criação de caixas postais de processo diversos modos por exemplo: por variáveis de tipo predefinido exemplo: os channel em SR (linguagem do Andrews) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 37

38 Nomeação indireta Nomeação indireta caixas postais de sistema pertence ao sistema e não a um processo sistema oferece primitivas para criação de caixas postais envio e recepção de mensagens destruição de caixas postais Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 38

39 Informática Nomeação indireta caixas postais de sistema proprietário da caixa postal Nomeação indireta inicialmente o processo que solicitou a criação eventualmente existem primitivas para alteração de privilégios como troca de proprietário quem pode enviar ou receber destruição automática em caso de nenhum processo solicitar a destruição similar a um coletor de lixo (garbage collector) ou por timeout Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 39

40 Estática Direta Exemplo de nomeação estática, direta MPI ambiente de programação paralela padrão definido por várias instituições: universidades, órgãos governamentais, empresas várias implementações: universidades, empresas modelo MPI, versão 1 código único executado em conjunto de n cpus criação de processos: implícita mapeamento usual: 1 processo por cpu nomes de processos: 0, 1, 2, 3, ; dados automaticamente Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 40

41 Estática Direta Exemplo: envio de Ola Mundo do processo 0 ao 1 int id, tam; char message[12]; % 3 chamadas a primitivas de controle de MPI % inicialização % nome (id) desse processo % quantidade de processos nessa execução MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &id); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &tam); Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 41

42 Estática Direta Exemplo: envio de Ola Mundo do processo 0 ao 1 if (id == 0) { strcpy(mensagem, Ola mundo ); % p0: envia 12 caracteres em mensagem ao processo 1 MPI_Send($mensagem, 12, MPI_CHAR, 1, 100, MPI_COMM_WORLD); } else { % p1 (não 0) : recebe 12 caracteres em mensagem do p0 MPI_Recv($mensagem, 12, MPI_CHAR, 0, 100, MPI_COMM_WORLD, $status); }; Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 42

43 Estática Indireta Exemplo de nomeação estática, indireta sockets TCP biblioteca de comunicação com protocolo TCP/IP usualmente encontrada nos sistemas desktops, servidores,, como Unix, Linux, Windows, Bibliotecas para a maioria das linguagens C, C++, C#, Java, Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 43

44 Informática Exemplo de nomeação estática, indireta modelo cliente/servidor cliente requisita conexão ao servidor cliente conhece servidor: IP e porta (processo) servidor aceita conexão Estática Indireta cliente (ou servidor) envia mensagem ao servidor (ou cliente) pela conexão nomeação em dois níveis estático, explícito: estabelecimento da conexão (IP, porta) dinâmico, implícito: no send/receive (uso da conexão) Exemplo biblioteca para linguagem C de TCP é usualmente visto em aula prática Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 44

45 Estática Indireta Exemplo de nomeação estática, indireta: Java sockets TCP SERVIDOR (...) ServerSocket s = new ServerSocket(8189); while (true){ } Socket conexao = s.accept(); /* Disparar uma thread que faça algo, passando conexão como parâmetro */ (...) CLIENTE (...)Socket s; try{ s =new Socket( poncho,8189); }catch(exception e) {}{ /*Erro*/ System.exit(0); Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 45 } /* Socket conectado */

46 RECEBER (...)InputStream input; try { input = s.getinputstream(); } catch (IOException e) {(...)} ObjectInputStream objinput; try { objinput = new ObjectInputStream(input); String line = (String) objinput.readobject( ); }catch (Exception e){(...)} ENVIAR (...) OutputStream output; try { output = s.getoutputstream(); } catch (IOException e) {(...)} ObjectOutputStream objoutput; try { Estática Indireta objoutput = new ObjectOutputStream(output); objoutput.writeobject( Olá! ); }catch (Exception e){(...)} Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 46

47 CG1 Informática Exemplo C Sockets TCP Exemplo com Sockets TCP em C Programa Modelo cliente / servidor Servidor Sem funções definidas (código) Somente cria socket e espera pedido de conexão Cliente Cria socket e pede conexão Exemplos genéricos de send e receive Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 47

48 Slide 47 CG1 todo o exemplo foi alterado Claudio Geyer; 3/9/2008

49 Informática Exemplo com C e TCP sockets Código em C: /* server */ #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #define PORT int server_sock; struct sockaddr_in server_addr; Exemplo C TCP Sockets /* * create the socket file descriptor */ if (( server_sock = socket(pf_inet, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0 ) { exit(-1); /* exit with error, would print a descrition */ } Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 48

50 Informática Exemplo com C e TCP sockets (cont.) Exemplo C TCP Sockets /* * assign an address to server socket */ bzero(&server_addr, sizeof(server_addr)); /* initialize with 0's */ server_addr.sin_family = AF_INET; /* internet address family */ server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(inaddr_any); /* any local ip */ server_addr.sin_port = htons(port); /* fixed local port */ /* liga o socket com o endereço */ if ( bind(server_sock, (struct sockaddr*) &server_addr,sizeof(server_addr)) < 0 ) { exit(-1); /* exit with error */ } /* * start to listen for incoming connections, with a pending * queue of size 5 */ if ( listen(server_socket, 5) < 0 ) { exit(-1); /* exit with error */ } Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 49

51 Exemplo C TCP Sockets Exemplo em C e TCP sockets (cont.) /* loop accepting connections and delegating them to separate threads */ while (1) { int sock; struct sockaddr_in client_addr; /* address of the remote-side */ if ( (sock = accept(server_socket, &client_addr, sizeof(client_addr))) < 0 ) { exit(-1); /* do some error handling */ } else { /* do something with the newly accepted connection, e.g.launch a thread to handle it */ /*... */ } } Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 50

52 Exemplo C TCP Sockets Exemplo em C e TCP sockets (cont.) /* cliente em C */ #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netdb.h> #define PORT int sock; struct sockaddr_in serv_addr; struct hostent *server; Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 51

53 CG2 Informática Exemplo em C e TCP sockets (cont.) /* cria socket cliente */ if ( (sock = socket(af_inet, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { exit(-1); /* error handling */ } Exemplo C TCP Sockets /* DNS lookup of server's name*/ if ((server = gethostbyname("poncho") ) == NULL) { exit(-1); /* error handling */ } /* convert the result to the address format expected by connect */ bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; bcopy((char *)server->h_addr, (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr, server->h_length); serv_addr.sin_port = htons(port); Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 52

54 Slide 52 CG2 faltando o connect! Claudio Geyer; 3/9/2008

55 Informática Exemplo em C e TCP sockets (cont.) /* receber em C */ /* pode ser cliente ou servidor */ Exemplo C TCP Sockets int MAXMSG = 1024; int BUFSIZE = MAXMSG+1; char buff[bufsize]; /* should be big enough to hold the largest message */ bzero(buff, BUFSIZE); int n; char* p = buff; for (int remaining = MAXMSG; remaining <0; remaining-=n) { n = read(sock, p, remaining); /* canal, buffer, tamanho */ if ( n <= 0 ) { /* EOF or error */ break; } else p+=n; /* update buffer pointer */ } printf("%s", buff); Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 53

56 Exemplo C TCP Sockets Exemplo em C e TCP sockets (cont.) /* enviar em C */ char* msg = "Olá!"; char* buff = msg; for (int remaining=strlen(msg); remaing 0;) { n = write(sock, buff, remaining); /* canal, buffer, tamanho */ if ( n < 0 ) { /* error */ } else { buff +=n ; /* add offset to the buffer pointer */ remaining -= n; } } close(sock); Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 54

57 Informática Exemplo de nomeação dinâmica direta PVM biblioteca de programaçao distribuída (paralela) fornecedor único predecessora de MPI modelo PVM nomeação dinâmica pelo sistema Dinâmica Direta modelo de ID de processos Unix estendido a redes spawn primitiva para criação de processos em rede retorna ID do filho ao processo pai send: indica ID do processo receptor receive: pode indicar ID do emissor ou any Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 55

58 Indireta Estática Exemplo de nomeação estática indireta SR em livro linguagem criada por G. Andrews usada no livro [Andrews, 1991] modelo canais declarados por programa semântica global: automaticamente conhecidos por todos os processos SR real não oferece semântica global ponteiros devem ser passados entre máquinas abstratas (criação em nível de programa) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 56

59 Indireta Estática Exemplo de nomeação estática indireta Modelo (SR: cont.) processos declarados estaticamente process P1 var begin end endprocess Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 57

60 Indireta Estática Exemplo código: channel canalexemplo (string D); // canal global; cada mens.: 1 // string process emissor:: string A = Ola mundo ; send canalexemplo (A); end process; process receptor:: string B; receive canalexemplo (B); end process; // informação a enviar // envia A pelo canal // área para receber // recebe em B pelo canal Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 58

61 Informática Buferização e sincronização buffer Buferização local onde são colocadas mensagens enviadas e (ainda) não recebidas similar a uma fila de espera pode existir tanto na máquina do emissor quanto do receptor Usualmente transparentes ao programador Criados pela implementação das rotinas send/receive, canais e caixas postais Em redes: implementação de protocolos de comunicação TCP, UDP,... Lembrando que há várias camadas Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 59

62 Buferização Buferização e sincronização capacidade Zero (sem buffer): maior eficiência pois não há cópia local dos dados (em memória) caso o processo emissor (em nível de aplicação) seja liberado durante a transmissão (pela rede), deve-se evitar a alteração da área de dados no emissor isto poderia ser feito pela própria aplicação usada em casos especiais Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 60

63 Buferização Buferização e sincronização capacidade limitada opção frequente capacidade máxima de n mensagens ou bytes enquanto o buffer está com espaço livre, a primitiva de envio coloca (copia) a mensagem no buffer e, após, libera o processo emissor a cópia da mensagem em memória tem custo em mensagens curtas é rápido Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 61

64 Informática Buferização e sincronização capacidade Limitada O buffer pode ser esgotado Buferização Usualmente quando o emissor (ou emissores) são muito mais rápidos que o receptor quando o buffer esgota: alternativas retorno de erro alguma mensagem é perdida bloqueio do emissor até a recepção liberar posições no buffer Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 62

65 Buferização Buferização e sincronização capacidade ilimitada teoricamente não existe na prática n pode ser muito superior aos casos produzidos pela aplicação programador codifica como se fosse infinita, sem verificar exceções Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 63

66 Buferização Buferização e sincronização comunicação síncrona send espera que processo receptor (em nível da aplicação) execute o receive transferência completa em nível de aplicação pode não exigir buffer (ou de tamanho 1) preferida por alguns autores exemplo: modelo CSP do Hoare; linguagem Occam importantes efeitos semânticos e nas técnicas de programação programação mais segura Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 64

67 Buferização Buferização e sincronização considerações ( técnicas de programação ) Na comunicação dita assíncrona emissor (nível do programa usuário) não sabe se a mensagem foi recebida (receive executado) se necessário envio pelo receptor (nível do programa usuário), após recepção, de um aviso de recepção (ACK) protocolo de comunicação se torna parecido ao síncrono capacidade limitada (ou ilimitada pelo programador) pelo buffer Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 65

68 Buferização Buferização e sincronização considerações ( técnicas de programação ) capacidade limitada programador deve prever o caso de buffer esgotado e contorná-lo conforme diferentes efeitos da primitiva em uso (erro, bloqueio,...) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 66

69 Buferização Buferização e sincronização casos especiais comunicação assíncrona não bloqueante emissor (aplicação) nunca é bloqueado é liberado logo após algum procedimento inicial do send caso ele seja muito rápido, em caso de buffer esgotado (por exemplo, capacidade zero), mensagens podem ser perdidas em caso de capacidade zero: mensagem não precisa ser buferizada (copiada): maior eficiência programador deve verificar (contornar) as exceções Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 67

70 Buferização Buferização e sincronização casos especiais expressão comunicação assíncrona bloqueante (Tanenbaum) quando o emissor é bloqueado até que a mensagem seja copiada da área da aplicação (usuário) ao buffer (sistema) similar à semântica de um printf frequentemente é a semântica de TM Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 68

71 Ordenação Ordenação das mensagens entre 2 pontos 1 processo emissor e 1 processo receptor garantia de ordem única se mensagem m1 foi enviada antes de m2, m1 será recebida antes de m2 Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 69

72 Confiabilidade Confiabilidade do canal (protocolo) garante (ou não) não perda de mensagem não duplicação de mensagem não alteração do conteúdo Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 70

73 Sincronização especial Caso especial de TM síncrona Rendezvous bidirecional (em cada troca de mensagem) proposta na linguagem Ada existente na linguagem SR (Andrews 91) bloqueio do emissor até recepção (implícita) de resposta vinda do receptor obs.: o receive não é feito por procedure como no RPC (mais adiante) mas por um comando receive o receive pode estar em qualquer ponto do código (usual) receive seguido de um bloco de código até o return (bidirecional) call receive {...; return } Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 71

74 Informática Outras questões expressão da concorrência em redes Outras Questões nem sempre existem primitivas de criação de tarefas remotas sincronização fork, create_thread,... sempre locais ID s tem validade local Usuário deve disparar os diferentes processos (programas) construções como mutex, semáforos,... usualmente são locais não podem ser usados entre processos distribuídos mas não necessários se processos são monothread Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 72

75 Informática Situações de erro Situações de erro em sistemas distribuídos diferentes erros podem ocorrer por exemplo somente a máquina receptora (sistema) bloqueia-se erro (ou pane total) na rede física de comunicação Por exemplo, ruptura de cabo erro momentâneo (transiente) no sinal caso término de processo se processo receptor emissor pode enviar mensagens até esgotar buffer emissor pode ficar bloqueado (comunicação síncrona) se processo emissor receptor pode ficar bloqueado eternamente Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 73

76 Informática Situações de erro (cont.) caso mensagem perdida Situações de erro alternativa A: sistema detecta erro e reenvia a mensagem implica overhead alternativa B: programador (processo emissor) deve detectar e reenviar a mensagem implica programação mais complexa alternativa C: sistema detecta e avisa processo emissor, que deve providenciar uma solução (reenvio se necessário) detecção usualmente por temporização sistema deve enviar aviso de recepção após certo tempo (timeout) Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 74

77 TM X VC Troca de mensagens X variáveis compartilhadas motivações para TM eficiência memória compartilhada redes programação segura programação simples (intuitiva) modelo único sincronização Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 75

78 Resumo Resumo Conceito Primitivas send/receive Argumentos Parceiro e mensagem Tamanho da mensagem Tipo da mensagem Sincronização básica Send assíncrono e receive síncrono (ou bloqueante) Similar ao problema do produtor/consumidor Exige buffer na implementação Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 76

79 Resumo Resumo Canal e propriedades Nomeação Direta: simétrica e assimétrica Indireta Nomes estáticos x dinâmicos Caixa postal de programa (processo) e de sistema Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 77

80 Resumo Resumo Bufferização Capacidades Opções quando esgotado TM síncrona TM assíncrona não bloqueante Exemplos de tipos de primitivas: MPI, sockets TCP, PVM, SR Casos de erros TM x variáveis compartilhadas Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 78

81 Revisao Revisão Conceito? Motivações (3)? Uso combinado VC + TM? Primitivas básicas? Comparação básica entre VC (ou memória compartilhada) e TM? Desempenho Facilidade, simplicidade de programação TM x sincronização? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 79

82 Revisão Revisão send: semântica e argumentos sincronização receive: semântica e argumentos sincronização conceito de canal propriedades de canais Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 80

83 Revisão Revisão tamanho da mensagem nomeação conceito direta direta assimétrica indireta estática x dinâmica conceitos vantagens problema na dinâmica: conhecimento dos nomes solução comum Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 81

84 Revisão Revisão produtor - consumidor com TM exclusão mútua canal buffer cheio buffer vazio caixa postal conceito diferenças entre do programa e do sistema problema de referência entre criador e usuários solução comum? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 82

85 Revisão Revisão Exemplo MPI Tipo nomeação Valores dos nomes Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 83

86 Revisão Revisão comunicação síncrona send receive vantagem? comunicação assíncrona (bloqueante) comunicação (assíncrona) não bloqueante qual o risco? como transformar a assíncrona em síncrona? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 84

87 Revisão Revisão buffer de tamanho zero efeitos vantagem buffer limitado alternativas de semânticas tratamento de erros se processo (máquina) receptor falha? se processo emissor falha? se buffer esgota? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 85

88 Revisão Revisão TM assíncrona bloqueante e não bloqueante TM síncrona garantias ordenação outras? Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 86

89 Revisão Revisão tipos de dados da mensagem? TM X VC? eficiência redes memória compartilhada simplicidade das APIs programação segura algoritmos mais simples e intuitivos Programação concorrente (C. Geyer) Troca de Mensagens 87

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