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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 1
Arquitetura de Sistemas Arquitetura de Sistemas OperacionaisOperacionais
Francis Berenger MachadoFrancis Berenger MachadoLuiz Paulo MaiaLuiz Paulo Maia
Capítulo 13Capítulo 13Sistemas com Múltiplos ProcessadoresSistemas com Múltiplos Processadores
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 2
Sumário
• Introdução • Vantagem e Desvantagens • Tipos de Sistemas Computacionais • Sistemas Fortemente e Fracamente
Acoplados • Sistemas com Múltiplos Processadores
Simétricos – Evolução dos Sistemas Simétricos – Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Sistemas NUMA
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 3
Sumário
• Clusters • Sistemas Operacionais de Rede • Sistemas Distribuídos
– Transparência – Tolerância a Falhas – Imagem Única do Sistema
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 4
Vantagens e Desvantagens
• Desempenho• Escalabilidade• Relação custo/desempenho• Tolerância a falhas e disponibilidade • Balanceamento de carga • Problemas de comunicação e
sincronização • Organizar de forma eficiente os
processadores • Tolerância contra falhas é dependente
do sistema operacional
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 5
Tipos de Sistemas Computacionais
• SISD (Single Instruction Single Data) • SIMD (Single Instruction Multiple Data) • MISD (Multiple Instruction Single Data) • MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 6
Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados
U C P U C PM em ó riaPr in cip a l
D ispo sitivo sd e E/ S
D ispo sitivo sd e E/ S
(a ) Sistem a s fo rtem ente acop lad os
U C P U C P
M em ó riaPr in cip a l
M em ó r iaPr in cip a l
D ispo sitivo sd e E/ S
l in k de com u n icaçã o
D ispo sitivo sd e E/ S
(b ) Sistem a fraca m en te a co p la dos
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 7Arq
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Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados
• Sistemas com múltiplos processadores
M IM D
Sistem a s Fo rtem enteA cop la do s
SM P Sistem a sD istr ib u ído sC lu ster
Sistem a sO peracion a is
d e RedeN U M A
Sistem a s Fracam en teA cop la do s
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Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento único
D ispo sitivo sd e E/ SM em ór ia
Pr in cip a l
U C P U C P U C P
. . .
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 9
Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento único com cache
C ache C acheC ache
D ispo sitivo sd e E/ SM em ór ia
Pr in cip a l
U C P U C P U C P
. . .
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 10
Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento cruzado comutado
P1
P2
P3
P4
M 1 M 2 M 3 M 4
C om uta do r
M em ór ia s
Pro
cess
ad
ore
s
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 11
Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Rede Omega
M 1
M 2
M 3
M 4
P1
P2
P3
P4
C om utado r
M em ór ia sProcessad o res
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 12
Sistemas NUMA
• Exemplo de arquitetura NUMA
M 1P2 P3P1
M 2P5 P6P4
M 3P8 P9P7
Barram ento in terno
Ba
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Co
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 13
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(a ) Fa t- tree
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 14
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(b ) A n el
(c) G rid 2D
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 15
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(d ) To rus 2D (e) H ip ercub o
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 16
Sistemas NUMA
• Arquitetura DASH
C 1 C 2 C 3 C 4
C 5 C 6 C 7 C 8
C 9 C 10 C 11 C 12
C 13 C 14 C 15 C 16
M P D iretó r io
P P P P
C on ju n to
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 17
Sistemas NUMA
• Arquitetura do Multiplus
EP1 EP2 EP3 EP8. . .
EP1 EP2 EP3 EP8. . .
Red
e d
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terc
on
exã
o M
ulti
está
gio
.
.
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 18
Clusters
• Exemplo de cluster
G ab in eted e d isco s
Rede de in tercon exão
Mem
bro
1
Mem
bro
2
Rede de acesso
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 19
Sistemas Operacionais de Rede
• Rede de computadores
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
Rede deC om un icaçã o
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 20
Sistemas Operacionais de Rede
• Topologias de redes de computadores
(a ) A ne l (b ) Estrela (c) To ta lm enteLiga da
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 21
Sistemas Operacionais de Rede
• Topologias de redes de computadores
(d ) Ba rram en to
(e) Á rvo re(f) Pa rcia lm en te
Liga da
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 22
Sistemas Distribuídos
• Sistema distribuído
Rede de C o m p utad o res
Im ag em ún icad o sistem as
U su á r io
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 23
Sistemas Distribuídos
• Transparência– Transparência de acesso– Transparência de localização – Transparência de migração– Transparência de replicação– Transparência de concorrência– Transparência de paralelismo– Transparência no desempenho– Transparência de escalabilidade– Transparência a falhas
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 24
Sistemas Distribuídos
• Tolerância a falhas– Garantir que, em caso de problema em um de seus
componentes, as aplicações continuem sendo processadas sem qualquer interrupção ou intervenção do usuário, de forma totalmente transparente
– Tolerância a falhas de hardware é facilmente oferecida utilizando-se componentes redundantes
– Tolerância a falhas de software é bem mais complexa de implementar
– Com a tolerância a falhas, é possível também oferecer alta disponibilidade e confiabilidade
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 25
Sistemas Distribuídos • Imagem única do sistema
– A maior dificuldade em implementar um sistema distribuído é a complexidade em criar para os usuários e suas aplicações uma imagem única do sistema, a partir de um conjunto de sistemas autônomos
– Capacidade de lidar com os diversos problemas de comunicação existentes em um ambiente fracamente acoplado
– O sistema precisa oferecer tolerância a falhas de forma
– Exige mecanismos mais complexos e lentos para manter a integridade e segurança dos dados
– Um dos grandes desafios para a adoção de sistemas distribuídos é a dificuldade no desenvolvimento de aplicações paralelas