Gerência de Processos Distribuídos:
Sub processamento múltiplo.
Docente: MSc. Angel Alberto Vazquez Sánchez ISUTIC
2017
Sumario
● Arquitectura e organização de Sistemas Distribuídos e Paralelos.
● Subprocessamento múltiplo em JAVA
Objetivo
● Compreender o funcionamento de subprocesos
concorrentes 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
● 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 computadores
Super computadores
Rank 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 Laboratory
United States
560,640 17,590.0 8,209
5 Sequoia, IBM
DOE/NNSA/LLNL United States
1,572,864 17,173.2 7,890
Arquitectura de Sistemas Distribuídos e Paralelos
Organização
SISD
Uma sequência de Instruções, uma sequência de dados
Uni processador
SIMD
Uma sequência de instrução, múltiplas sequências de dados
Processadores vectoriais
Processadores de matriz
MISD
Múltiplas sequência de instrução, uma sequência de dados
MIMD
Múltiplas sequência de instrução, múltiplas sequências de dados
Memória compartilhada (fortemente acoplada)
Memória distribuída (fracamente acoplada)
Clusters
Multiprocessador Acesso não
Topologias de interconexão em sistemas distribuídos
● Tipos redes de interconexão estáticas
0 1 2 3 1
2
3 4
5
1
2
3 4
5 6
7
1
2
3 4
5
Formação linear
Anel Anel 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
. . .
Memória
Principal E/S
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 L1Cache L2
Processador Cache L1
Cache L2
. . .
Memória
Principal E/S
BUS Local
Processador
Cache L1Cache L2
Processador Cache L1
Cache L2
. . .
Memória
Principal 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
P ...
1 P
2
P
Rede de interconexão k
M M 1 1 M M 2 2 ... M M k k
Memória
Rede de interconexão
P
1
M 1
P
2
M 2
P
k
M k ..
.
Me mó
ria D
istrib uíd a Me mó ria C om pa rtil ha da
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
Multithreading em JAVA
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.
Ciclo de vida de um thread
Visão interna do sistema operacional do
estado runnable Java
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
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 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.
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.
Orientação seminario
Bibliografía 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
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)
●
