Gerência de Processos Distribuídos: Sub processamento múltiplo.

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1 ISUTIC 2017 Gerência de Processos Distribuídos: Sub processamento múltiplo. Docente: MSc. Angel Alberto Vazquez Sánchez

2 Sumario Arquitectura e organização Distribuídos e Paralelos. de Subprocessamento múltiplo em JAVA Sistemas

3 Objetivo Compreender o funcionamento de subprocesos concorrentes em JAVA.

4 Bibliografía Tanenbaum, A. S., & Van Steen, M. (2007). Distributed systems: principles and paradigms. Prentice-Hall. Coulouris, G., Dollimore, J., Kindberg, T., & Blair, G. (2013). Sistemas Distribuídos-: Conceitos e Projeto. Bookman Editora.

5 Michael J. Flynn

6 Michael J. Flynn Michael J. Flynn é um professor emérito da Universidade Stanford estadounidense, com estudos em engenharia eletrónica e ciências da computação. Flynn cofundó Palyn Associates junto a Max Paley e é o Presidente de Maxeler Technologies.

7 Michael J. Flynn Nasceu o 20 de maio de 1934 (82 anos) em Nova York, Estados Unidos. Se graduó de Engenharia Elétrica em Manhattan College (1955), realizou uma maestría na Universidade de Syracuse (1960) e doctorado em Purdue Univ. (1961). En 1995 recibió el Premio Memorial Harry H. Goode.

8 Super computadores

9 Super computadores Rank Site Cores 1 10,649,600 93,014.6 Power (kw) 15,371 3,120,000 33, , ,760 19, , ,640 17, ,209 1,572,864 17, , Sunway TaihuLight, National Supercomputing Center in Wuxi, China Tianhe-2 (MilkyWay-2), National Super Computer Center in Guangzhou, China Piz Daint, Swiss National Supercomputing Centre (CSCS), Switzerland Titan, DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory United States Sequoia, IBM DOE/NNSA/LLNL United States Tflops/s

10 Arquitectura de Sistemas Distribuídos e Paralelos Organização MISD MIMD Múltiplas sequência de Múltiplas sequência de SISD instrução, uma instrução, múltiplas Uma sequência de sequência de dados SIMD sequências de dados Instruções, uma sequência de dados Uma sequência de instrução, múltiplas sequências de dados Memória compartilhada Memória distribuída Uni processador (fortemente acoplada) (fracamente acoplada) Processadores Processadores Multiprocessador vectoriais de matriz Simétrico (SMP) Acesso não uniforme a memória (NUMA) Clusters

11 Topologias de interconexão em sistemas distribuídos Tipos redes de interconexão estáticas Formação linear 5 3 Anel Malha Cubo Anel de cordas grau 3 Árvore binária Totalmente conectada Estrela

12 Topologias de interconexão em sistemas paralelos Buses Conjunto de linhas que permitem comunicar selectivamente certo número de componentes de acordo a certas normas de conexão. Só se permite uma transmissão ao mesmo tempo. Ante petições simultâneas deve ter um árbitro de bus. Trata-se de buses de tempo compartilhado. Processador... Cache L1 Processador Cache L1 Memória Principal Estrutura de BUS único E/S Cache L2 Cache L2 BUS

13 Topologias de interconexão em sistemas paralelos Estrutura de bus jerarquizado: Pode estabelecer uma comunicação em seu nível independente de e simultânea aos demais. Processador Memória Principal Cache L1... Processador Cache L1 E/S Cache L2 Cache L2 BUS Local Interface de Bus Bus Principal Interface de Bus BUS Local Processador Memória Principal Cache L1 Cache L2... Processador Cache L1 Cache L2 E/S

14 Outra classificação Computadores reais: Multiprocessador ou computador com memória compartilhada (A memória é o meio de comunicação entre processadores). Multicomputadores ou computadores com memória distribuída (Os processadores se comunicam através da passagem de mensagem).

15 Tipos de Computadores Paralelos Tipos de Computadores Paralelos Memória Principal em M ia ór M em ór Processador Computador tradicional m o C ti r pa d a h l a P P... P 1 2 k Rede de interconexão M11 M M M M Mkk Memória ia Di str ibu Rede de interconexão íd a P 1 M1 P P 2 M2 k.. Mk

16 Multithreading em JAVA Em JAVA pode-se especificar que um aplicativo contém subprocessos de execução separados, o qual lhe permite se executar concurrentemente com outros subprocessos, ao mesmo tempo que compartilha os recursos a nível de aplicativo (como a memória) com estes outros subprocessos.

17 Importante Programar aplicações simultâneas é uma tarefa difícil e propenso a erros Se você achar que você deve usar a sincronização em um programa, você deve seguir algumas diretrizes simples Use classes existentes da API Java que gerenciam a sincronização para você (ex: ArrayBlockingQueue) Se você achar que você precisa de mais funcionalidades personalizadas do que as fornecidas nas APIs Java, você deve usar a palavra-chave synchronized e os métodos do Object wait, notify e notifyall. Se você precisar de recursos ainda mais complexos, então você deve usar as interfaces Lock e Condition

18 Multithreading em JAVA

19 Prioridades dos subprocessos Ajuda ao sistema operativo a determinar a ordem no que se programam os subprocessos. MIN_PRIORITY (uma constante de 1) MAX_PRIORITY (uma constante de 10) NORM_PRIORITY (uma constante de 5) A cada novo subproceso herda a prioridade do subproceso que o criou. As prioridades dos subprocesos não garantem a ordem no que se executam os subprocesos.

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21 Criação e execução de subprocessos Implementação da interface Runnable (do pacote java.lang ). Um objeto Runnable representa uma tarefa que pode se executar concurrentemente com outras tarefas. A interface Runnable declara um sozinho método: run, o qual contém o código que define a tarefa que deve realizar um objeto Runnable.

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23 Classe Thread O código que executa um thread está definido pelo método run() que tem todo o objeto que seja instância da classe Thread, já que implementa Runnable. A execução do thread inicia-se quando sobre o objeto Thread se executa o método start(). De forma natural, um thread termina quando em run() se atinge uma sentença return ou o final do método.

24 Ciclo de vida de um thread

25 Visão interna do sistema operacional do estado runnable Java

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28 Tarefa 1. Além dos métodos run() e start(), que outros métodos tem a classe Thread de JAVA e qual é o objectivo da cada um? 2. Executor é uma interface de JAVA para administrar a execução de objetos Runnable de maneira automática. Explique como funciona este mecanismo. Livro: JAVA. Cómo Programar. P. J. Deitel. Capítulo 23

29 Gerenciamento de Thread com o Executor Framework Embora seja possível criar threads explicitamente, recomenda-se que você use a interface do Executor para gerenciar a execução de objetos Runnable para você. Um objeto Executor tipicamente cria e gerencia um grupo de threads chamado pool de threads para executar Runnables.

30 Gerenciamento de Thread com o Executor Framework Usar um Executor tem muitas vantagens sobre a criação de threads você mesmo. Os executores podem reutilizar threads existentes para eliminar a sobrecarga da criação de um novo thread para cada tarefa E pode melhorar o desempenho ao otimizar o número de threads para garantir que o processador permaneça ocupado, sem criar tantos threads que o aplicativo está sem recursos

31 Gerenciamento de Thread com o Executor Framework A interface do Executor declara um único método chamado execute que aceita um Runnable como um argumento. O Executor atribui cada Runnable passado ao seu método de execução para um dos threads disponíveis no pool de threads Se não houver threads disponíveis, o Executor cria um novo thread ou espera que um thread esteja disponível e atribua esse thread ao Runnable que foi passado ao método executar.

32 Gerenciamento de Thread com o Executor Framework Interface ExecutorService (do pacote java.util.concurrent) é uma interface que se estende Executor e declara uma série de outros métodos para gerenciar o ciclo de vida de um Executor. Um objeto que implementa a interface do ExecutorService pode ser criado usando métodos estáticos declarados na classe Executores Usamos interface ExecutorService e um método de classe Executors no próximo aplicativo, que executa três tarefas.

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36 Orientação seminario Neste seminário a cada estudante deve pesquisar sobre a Arquitetura dos Sistemas distribuídos e paralelos. É importante que recopilem informação sobre os temas que se mencionam mais abaixo e preparem explicações, exemplos e detalhes para participar em forma de intercâmbio durante o aula da próxima.

37 Orientação seminario Conteúdo a pesquisar: 1.Passe de mensagens: Tarefas que deve executar a cada processador nesta modalidade de comunicação. Como funcionam estas tarefas? Primitivas de comunicação mais comuns que oferecem soluções a certos tipos de esquemas de comunicação. Para que se utiliza a cada uma. Exemplos. 2.Exclusão mútua: Analisar os conceitos de condição de concorrência", "princípio de exclusão mútua" e "secção crítica". Mecanismos para resolver o problema. Semáforos. Operações que a cada processo deve realizar nestes mecanismos. Explicação.

38 Orientação seminario Conteúdo a pesquisar: 3.Redes de interconexão entre processos distribuídos e paralelos. Desenhos, vantagens e desvantagens para esta comunicação em Memória Compartilhada e em Memória Distribuída. 4.Informação associada a qualquer outro conteúdo relacionado com a comunicação entre processos distribuídos e paralelos.

39 Orientação seminario Bibliografía recomendada: Aguilar, J. e Leiss E. - Introducción a la Computación Paralela (Secção 1.4). COULORIS, G.; DOLLIMORE, J. E KINDBERG, T. - Sistemas Distribuídos: Conceito e Projeto; São Paulo: Bookman, (Capítulo 4). TANENBAUM, A. S. e VAN RENESSE, R. Distributed Operating Systems; ACM Computing Surveys, 17(4), (Capítulo 4)

40 Resumen Diferenças entre sistemas distribuídos e paralelos: Sistemas Paralelos Dividem um aplicativo em tarefas que são executadas ao mesmo tempo. Os programas executam-se em arquitecturas homogêneas. Sistemas distribuídos Dividem um aplicativo em tarefas que são executadas em diferentes localizações utilizando diferentes recursos Com frequência é um sistema heterogéneo Não se tem uma memória compartilhada a nível de hardware.

41 Resumen Características em comum: Múltiplos processadores. Os processadores estão interconectados de alguma forma (geralmente por uma rede). Múltiplos processos estão em progresso e cooperam uns com outros. O problema é dividido em partes a executar num processador diferente. Começam a utilizar as mesmas arquitecturas (ao menos em conceito) Muitos aspectos do paralelismo e a distribuição são comuns

42 Resumen Sistemas Paralelos Sistemas Distribuídos Sistemas Distribuídos e Paralelos

43 Resumen

44 Conclução

45 ISUTIC 2017 Gerência de Processos Distribuídos: Sub processamento múltiplo. Docente: MSc. Angel Alberto Vazquez Sánchez