Introdução. Uso do disco Vantagens Desvantagens Baixo custo, facilidade de manutenção do software e do hardware, simetria e flexibilidade

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1 Introdução É sabido que os processos rodam em processadores. Nos sistemas tradicionais existe somente um único processador, de forma que não há dúvida a respeito de como ele deve ser usado. Em um sistema distribuído, com vários processadores, a questão de como eles são utilizados é de fundamental importância. Os processadores em um sistema distribuído podem ser organizados de diversas maneiras. Vamos mostrar duas das organizações mais comuns, o modelo da estação de trabalho e o modelo do pool de processadores, além de uma terceira que engloba características de cada uma delas. Em alguns sistemas as estações de trabalho têm um disco local, e em outras não. Esta última configuração é conhecida universalmente como estações diskless, enquanto a primeira não tem um nome que a identifique. Se as estações de trabalho forem diskless, então o sistema de arquivos deve ser implementado em um ou mais servidores em qualquer ponto da rede. Algumas vantagens e desvantagens de utilizar estações de trabalho com disco e estações diskless são mostradas na tabela abaixo. Uso do disco Vantagens Desvantagens Diskless Baixo custo, facilidade de manutenção do software e do hardware, simetria e flexibilidade Alta utilização da rede; os servidores de arquivo podem ser transformar em Paginação e arquivos temporários Paginação, arquivos temporários e arquivos binários do sistema Paginação, arquivos temporários, arquivos binários do sistema e cache de arquivos Sistema de arquivo local completo Reduz a carga na rede em relação ao esquema diskless Reduz ainda mais a carga na rede Carga ainda menor na rede; reduz a carga nos servidores de arquivo Elimina qualquer carga na rede; elimina a necessidade de arquivo um gargalo Custo mais alto devido ao grande número de discos necessários Alto custo; complexidade adicional na atualização de arquivos binários Alto custo; problemas de consistência da cache Perda da transparência A progressão de cima para baixo na tabela acima, corresponde à completa dependência em relação aos servidores de arquivo, até a completa independência em relação aos mesmos. Uma ferramenta utilizada para fazer uma análise de desempenho dos modelos citados anteriormente é a Teoria das Filas. Um sistema de filas é uma situação na qual os usuários geram requisições de trabalho randômicas para um servidor. Quando ocupado, os usuários são enfileirados e atendidos em ordem de chegada. Chamamos a taxa de entrada de λ requisições por segundo, para todos os usuários combinados, e µ a taxa segundo a qual o servidor pode processar as requisições. Para situações de estabilidade, devemos ter µ>λ. Caso contrários, a fila cresce indefinidamente.

2 Modelo de Estação de Trabalho O modelo de estação de trabalho é extremamente simples: o sistema é composto de estações de trabalho (computadores pessoais de alto desempenho) espalhadas por um edifício ou por um campus universitário, e conectadas através de uma rede local de alta velocidade. Algumas das estações de trabalho podem estar em um determinado escritório, sendo, portanto implicitamente dedicadas a um único usuário, enquanto outras podem estar instaladas em áreas públicas, tendo vários usuários ao longo de um dia. Em ambos os casos, em determinado instante de tempo, uma estação de trabalho tem um único usuário a utilizála, portanto tendo um dono temporário ou está ociosa, conforme mostrada na figura abaixo. As vantagens do modelo da estação de trabalho são muitas, a maioria delas evidentes. O modelo é com certeza o mais fácil de entender. Os usuários têm uma quantidade fixa de poder de computação dedicado, e, portanto um tempo de resposta garantido. Sofisticados programas gráficos podem rodar muito rapidamente, uma vez que eles podem ter acesso direto à tela. Cada usuário tem um alto grau de autonomia, e pode alocar os recursos de suas estação na medida do necessário. Contudo, este modelo tem dois problemas. Em primeiro lugar, com a queda constante dos preços dos chips, em breve vai ser possível entregar a cada usuário inicialmente 10 processadores, podendo este número chegar a 100. Em segundo lugar, deve ser observado que um usuário pode não usar muito a sua estação, deixando-a ociosa por um bom tempo, enquanto um outro usuário pode estar precisando de capacidade extra de computação, não podendo obtê-la por conta da arquitetura do sistema. O primeiro problema pode ser solucionado, fazendo com que cada estação seja um sistema multiprocessador pessoal. O segundo problema, as estações de trabalho ociosas, está focada na solução destes problemas. As questões chaves são: 1) Como encontrar uma estação de trabalho ociosa? 2) Como um processo remoto pode rodar de maneira transparente? 3) O que acontece quando o dono da máquina voltar a usá-la? Vamos considerar estes aspectos um de cada vez.

3 Como encontrar uma estação de trabalho ociosa? Os algoritmos usados para identificar estações de trabalho ociosas podem ser divididos em duas categorias: dirigidos por servidor ou dirigidos por cliente.o primeiro caso é mostrado na figura abaixo. A outra forma de localizar uma estação de trabalho livre é usando a metodologia dirigida por cliente, que envia em broadcast uma requisição informando qual programa deseja rodar, quanto de memória precisa, se há ou não necessidade do co-processador aritmético, e assim por diante. Esses detalhes não são necessários se todas as estações de trabalho forem idênticas, porém, se o sistema for heterogêneo, caso em que em todo programa podem rodar em qualquer estação de trabalho, elas são fundamentais. Quando chegam as respostas, escolhe uma delas e vai em frente. Uma variação interessante é fazer com que as estações de trabalho ociosas atrasem ligeiramente suas respostas, com o retardo sendo proporcional a sua carga de trabalho atual. Assim, a resposta vinda da estação menos carregada chega primeiro, sendo então selecionada esta estação de trabalho para executar o processo remoto. Como um processo remoto pode rodar de maneira transparente? A movimentação do código do processo não traz problema algum. O problema é executar o processo remotamente, fazendo-o enxergar o mesmo ambiente que ele teria se executado localmente, na estação de trabalho home, então executar o trabalho como se ele fosse gerado localmente. Para começar é preciso ter a mesma visão do sistema de arquivos, o mesmo diretório de trabalho, e as mesmas variáveis ambientais, se houver alguma.

4 O que acontece quando o dono da máquina voltar a usá-la? Uma metodologia é efetuar a migração do processo para outra máquina, levando-o de volta a máquina home, ou para outra estação ociosa. Quando o processo abandonar a máquina, deve deixá-la exatamente no mesmo estado que a encontrou, de forma a não trazer problemas para o dono da máquina. Modelo do Pool de Processadores Imagine uma prateleira cheia de processadores instalada em uma sala, sendo que tais processadores poderiam ser alocados aos usuários dinamicamente, sob demanda, segundo o esquema abaixo. Em vez de entregar a cada usuário uma estação de trabalho, entrega-se terminais de alto desempenho. Se o sistema de arquivos pode ser centralizado em um pequeno número de servidores de arquivo para ganhar economia de escala, deveria ser possível fazer o mesmo para os servidores de poder computacional. Colocando todos os processadores juntos, reduz substancialmente os gastos, inclusive energia, ganhando-se mais poder computacional com menos dinheiro, além de desacoplar o número de usuários do número de estações de trabalho. O modelo também permite um fácil crescimento incremental. Se a carga computacional aumentar, basta incluir mais processadores no pool. Em última análise, estamos tentando retirar as estações de trabalho ociosas, pois os processadores serão alocados dinamicamente, e depois devolvidos ao pool para que outros usuários possam usá-los. Aqui não há o conceito de propriedade: todos os processadores pertencem igualmente a todos os usuários. Modelo Híbrido Uma solução de compromisso possível entre os dois modelos anteriormente descritos é fornecer uma estação de trabalho a cada usuário, e, além disso, formar um pool de processadores. Apesar desta solução ser mais cara do que as anteriores, ela combina as vantagens de ambas.

5 O trabalho interativo pode ser feito nas estações de trabalho, assegurando o desejado tempo de resposta constante. As estações de trabalho ociosas simplesmente não serão utilizadas, simplificando bastante o projeto do sistema. Todos os processos não-interativos deverão rodar no pool de processadores, junto com todo o processamento pesado. Este modelo fornece uma resposta interativa muito rápida, um uso eficiente dos processadores, e um projeto extremamente simples.

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