Post on 10-Nov-2018
Gerência de Processos Distribuídos: Sub processamento múltiplo.
Docente: MSc. Angel Alberto Vazquez Sánchez
ISUTIC2017
Sumario
● Arquitectura e organização de Sistemas Distribuídos e Paralelos.
● Subprocessamento múltiplo em JAVA
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.
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.
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.
Super computadoresRank Site Cores Tflops/s Power
(kW)
1 Sunway TaihuLight, National Supercomputing Center in Wuxi, China
10,649,600 93,014.6 15,371
2 Tianhe-2 (MilkyWay-2), National Super Computer Center in Guangzhou, China
3,120,000 33,862.7 17,808
3 Piz Daint , Swiss National Supercomputing Centre (CSCS), Switzerland
361,760 19,590.0 2,272
4 Titan, DOE/SC/Oak Ridge National LaboratoryUnited States
560,640 17,590.0 8,209
5 Sequoia, IBMDOE/NNSA/LLNLUnited States
1,572,864 17,173.2 7,890
Arquitectura de Sistemas Distribuídos e Paralelos
Organização
SISDUma sequência de
Instruções, uma sequência de dados
Uni processador
SIMDUma sequência de instrução, múltiplas
sequências de dados
Processadores vectoriais
Processadoresde matriz
MISDMúltiplas sequência de
instrução, uma sequência de dados
MIMDMúltiplas sequência de
instrução, múltiplas sequências de dados
Memória compartilhada(fortemente acoplada)
Memória distribuída(fracamente acoplada)
ClustersMultiprocessadorSimétrico
(SMP)
Acesso não uniforme a memória
(NUMA)
Topologias de interconexão em sistemas distribuídos
● Tipos redes de interconexão estáticas
0 1 2 3 1
2
3
4
51
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
Formação linear
AnelAnel de cordas grau 3
Totalmente conectada
Malha Árvore binária
Cubo - 3 Estrela
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
Cache L2
Processador
Cache L1
Cache L2
. . .
MemóriaPrincipal E/S
BUS
Estrutura de BUS único
● Estrutura de bus jerarquizado: Pode estabelecer uma comunicação em seu nível independente de e simultânea aos demais.
Topologias de interconexão em sistemas paralelos
Processador
Cache L1
Cache L2
Processador
Cache L1
Cache L2
. . .MemóriaPrincipal E/S
BUS Local
Processador
Cache L1
Cache L2
Processador
Cache L1
Cache L2
. . .MemóriaPrincipal
E/S
BUS Local
Interface de Bus
Interface de Bus
Bus Principal
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).
Tipos de Computadores Paralelos
Tipos de Computadores Paralelos
Memória Principal
Processador
...P1
P2
Pk
Rede de interconexão
...M1 M2 MkM1 M2 Mk
Memória
Rede de interconexão
P1
M1
P2
M2
Pk
Mk...
Memória Distribuída
Memória C
ompartilhada
Computador tradicional
...
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.
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
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.
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.
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.
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
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.
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
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.
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.
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.
Orientação seminarioConteúdo 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.
Orientação seminarioConteúdo 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.
Orientação seminarioBibliografía recomendada:● Aguilar, J. e Leiss E. - Introducción a la
Computación Paralela. 2004. (Secção 1.4). ● COULORIS, G.; DOLLIMORE, J. E
KINDBERG, T. - Sistemas Distribuídos: Conceito e Projeto; São Paulo: Bookman, 2007. (Capítulo 4).
● TANENBAUM, A. S. e VAN RENESSE, R. - Distributed Operating Systems; ACM Computing Surveys, 17(4), 1985. (Capítulo 4)
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.
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