ATPS Etapa 1,2 ,3 Estrutura de Dados

7/25/2019 ATPS Etapa 1,2 ,3 Estrutura de Dados

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INTRODUO

A ATPS a seguir foi resultado de atividade vista em sala de aula, de pesquisas

feitas na internet, livros, e de conhecimentos adquirido em sala de aula e colocadasem pratica no sentido de superarmos o desafio proposto, portanto abordaremos os

tpicos comparativos entre processadores comparativos entre Sistema

Operacionais, Processadores Pipeline, Benchmark, loud !computa"#o em nuvens$

e lusters, entre outros%


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1 ETAPA

1.1 PROCESSADORES SINGLE CORE

O primeiro processador single core !apenas um n&cleo$ o processador escolhido

foi a 'ntel Pentium ( )*+ !%-. /01 +2B de cache,$ 0T !03per4Threading$%

Especificaes

5&mero do processadores )*+

5&mero de n&cleos +

6elocidade do relgio !lock$ %- /h1

ache 78 + 2B

6elocidade 9BS -.. 2h1Paridade 9BS 5o

on:unto de intru";es


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5&mero de threads -

6elocidade do relgio !lock$ 8%) /01

9requEncia turbo 2a@ %* /01

ache inteligente 'ntel - 2Bon:unto de instru";es /raphics (...

9requEncia P 2?@imo () ++)

Dspecifica";es de 6ideo !'ntegrado$

/r?ficos do processador 'ntel 0> /raphics (... 5#o

9requEncia


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Tcase!Temp% m?@ima$ +>2 hip video suporte efeitos vusual

Jesolu"#o de tela +


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de 8%) /h1, mas podendo chegar a %* /h1 gra"as L tecnologia 'ntel turbo Boost!que aumenta a velocidade do processador conforme a demanda do sistemaganhando mais de + /h1 nesse processo$, alm de ter uma quantidade elevada dememoria cache - 2b o que muito importante, pois a memoria cache que muitomais r?pida que a memoria principal tra1endo um ganho de desempenho muitoimportante para o sistema, ele ainda conta com ( n&cleos fHsicos e mais ( n&cleossimulado pela tecnologia da 'ntel 0T !03per4threading$ chegando um total de -n&cleos, o que torna as tarefas mais r?pidas o sistema tem um grande ganho dedesempenho em que o usu?rio usa muitos programas ao mesmo tempo%

A tecnologia de fabrica"#o tambm um ponto importante, enquanto a 'ntel Pentium( )*+ tem semicondutores de =.nm !nanMmetros$, e +8) milh;es de transistores o'ntel core '* **.T tem semicondutores de 88nm !nanMmetros$, e +%( Bilh;es de

transistores uma diferen"a brutal%

).% PIPELINE

A partir do intel (-< a tecnologia pipeline passou a ser empregada em praticamente

todos processadores%Pipeline uma tcnica de hardare que permite o processador

reali1ar a busca de uma ou mais instru";es alm da pr@ima a ser e@ecutada, ou

melhor, di1endo pipeline uma tcnica onde o hardare processa mais de uma

instru"#o de cada ve1, sem esperar que uma instru"#o termine para come"ar a

outra%

Pipeline uma tcnica utili1ada para acelerar a velocidade de opera"#o da PK,esse fato ocorre pelo fato da pr@ima instru"#o estar arma1enada dentro da PK,n#o precisando ser busca na memria, que muito mais lenta que a memoriacache, pipeline funciona como uma linha de produ"#o de modo que torne o

processamento mais r?pido, cada instru"#o de um microprocessador passa pordiversas fases at sua e@ecu"#o%

Dstas fases podem serN

>ecodifica"#o

Acesso a memria ou aos registradores

Processamento aritmtico

Se conseguirmos separar todas estas fases de forma independente, e separar cadafase por ciclo de relgio teriam ciclos de instru";es% Se a tcnica de pepiline for


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usada poderHamos colocar instru";es ao mesmo tempo no microprocessador!cada uma em uma fase distinta e termos instru";es em ciclos$%

).) *ANTAGENS

Todas instru";es tem o mesmo tamanho, melhorando a perfomece da

m?quina%

D@istem poucos formatos de instru";es, o que torna menos comple@o queoutras tcnica%

O operandos no pepeline, s aparecem em loads e stores tra1endo

praticidade por simplificar a busca pela instru"#o%

).+ DES*ANTAGENS

Apenas com uma memria, esta fica sobrecarregada n#o atendendo ase@pectativas do pepiline%

'nstru"oes de desvio podem bloquear uma determinada instru"#o que teria

que ser e@ecutada% >epedncia de dados podem gerar problemas na hora de e@ecutar um

con:unto de instru"oes%

+ CO&PARATI*OS ENTRE SISTE&AS OPERACIONAIS

+.1 ,INDO,S -

O indos - um sistema operacional da 2icrosoft para computadores port?teis,port?teis, netbooks, e tablets, tem suporte para 8 e


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A interface do usu?rio do indos - causa um pouco de confus#o, pois est? bemdiferente das outras vers;es, o ambiente de trabalho antigo ainda esta l?, mas agoracompete com a nova interface moderna metro%

+.% OOT

O indos - possui um tempo de boot cerca de .Q a *.Q mais r?pido quevers;es anteriores

+.) PR/S A nova interface cobre tantos Ps e notebooks como dispositivos com telatouch

>esempenho do sistema muito bom

Atuali1a"#o para Pcs bem f?cil e muito acessHvel

ompatibilidade com aplica";es feitas para vers;es anteriores do indos

Tem uma quantidade ra1o?vel de Apps disponHveis Seguran"a Aprimorada

+.+ CONTRAS

9alta do menu iniciar

Ainda n#o muito recomendado para :ogos

Antimouse !'nterface metro foi criada para telas multitoques$

Jecursos multi tarefas confusos

Tela cheia o tempo todo !'nterface metro$

+.0 SEGURANA

Softare antivHrus pr4instalado !indos >efender$

7ogin e senha por imagem e P'5


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indos P>9 Jeader integrado !Os ataques mal intencionados s#o ho:e umaamea"a significativa, os pdf ao contrario de outros formatos de arquivos n#o s#oapenas te@to um pdf basicamente um script$%

Suporte L iniciali1a"#o protegida !KD9'$ !$

Dncr3pting >ile S3stem !D9S$ R Bit 7ockerF Bit7ocker To /o

Smart Scren 2onitoring !Prote"#o contra phishing para navega"#o na eb$

Associa"#o ao App 7ockerF>omain !Jecurso muito &til em ambientecorporativo, permitindo gerenciamento usu?rios por grupo$%

indos To /o

Smart screean !>etecta softare de origem malisiosa$

0 UUNTU

Kbuntu um sistema operacional de cdigo aberto construHdo a partir do n&cleo

7inu@, baseado no >ebian fabricado pela empresa canonical%

O ubuntu diferencia4se do >ebian por ter vers;es lan"adas semestralmente e por

disponibili1ar suporte tcnico pelos nove meses seguintes ao lan"amento de cada

vers#o !7TS 7ong Term Support para servidores e desktops recebem cinco anos

de suporte$%

Dm 8..) 2ark Shuttleorth e a anonical anunciaram a cria"#o de funda"#o

Kbuntu com um suporte inicial de +. milh;es de dlares%

0.1 CARACTER(STICAS

5ovas vers;es duas ve1es ao ano Km dos focos principal a usabilidade Acessibilidade e internali1a"#o Sistema vem com diversos programas pr4instalados Possui forte liga"#o com o sistema >ebian Todas as vers;es s#o disponibili1adas sem custo A gest#o de instala"#o de softare reali1ada pelo APT e pelo S3naptic O ubuntu cabe em um cd, assim pode rodar o sistema direto do o live cd

usado para testar o sistema antes de instalar%


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0.% *ANTAGENS

J?pido e leve Jodas alguns programas do indos atravs do ine um sistema muito seguro um sistema de cdigo aberto totalmente gr?tis Jecebem novas vers;es a cada seis meses Suporte a computa"#o em nuvens

0.) DES*ANTAGENS

A grande maioria dos programas desenvolvida para o indos 5ecessita de um pouco mais de conhecimento


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% ETAPA

.1 CO&ANDOS REALI2ADOS NO ,INDO,S 3 ULTI&ATE + ITS

Sis4ema Ope5aci#"a ,i"d#6s 3 U4ima4e +bi4s

C#ma"d# Temp# Rea de E7ec89#

Di5 33.::+ ms

T5ee 3-.:%0ms

&d %1.03 ms

Rd %+.3); ms

.% C#ma"d#s 5eai


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3.1 ENC>&AR?

5a computa"#o o benchmark o ato de e@ecutar um programa de computador, um

con:unto de programas e outras opera";es, a fim de avaliar e medir a desempenhode um ob:eto, geralmente e@ecutando uma serie de testes padr;es e ensaios nele%

O termo benchmark comumente utili1ado para nomear os prprios programas,

benchmark associado com avalia"#o de desempenho de um hardare, mas h?

casos em que um benchmark aplicado em softares, benchmark de softares s#o

reali1ados em compiladores ou sistemas de gerenciamento de banco de dados por

e@emplo%

Benchmark um mtodo de compara"#o de desempenho de v?rios subsistemas

dentre diferentes arquiteturas de chips e sistema%

3.% PROP/SITO

om a evolu"#o dos computadores, ficou cada ve1 mais difHcil comparar a

desempenho de diferentes sistemas de computa"#o somente olhando suasespecifica";es% Por isso os testes de benchmark foram criados, para ser usado em

diferentes sistemas permitindo que os resultados possam ser comparados% Por

e@emplo, processadores com clock mais, n#o que di1er que tenha desempenho

maior que um processador com clock menor, mas de tecnologia de fabrica"#o

diferente%

Benchmarks s#o desenvolvidos para determinado tipo de comportamento em um

computador, fa1em isso atravs de programas criados para impor um tipo decomportamento dese:ado no componente%

Os benchmarks s#o muito importantes no design de processadores dando aos

arquitetos a possibilidade de mensurar e propor mudan"as na microarquitetura do

processador, baseado no teste do benchmark%

Antes de 8.. arquitetos de computadores usavam SPD para fa1er isso, o

benchmark de SPD era baseado em Kni@ os testes eram muitos demorados,portanto pesados de usar%


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3.) ENC>&AR?S &AIS USADOS

Pad59# I"d8s45ia @A8di4ad#

Standard Performance Dvaluation orporation SPD Transaction Procesing Perfomace ouncil !TP$ BAPoum

C#m cBdi!#f#"4e abe54#

miniBench

TPoG >h3stone Open Souce2ark

Pa5a ,i"d#6s

OpenSource2ark 7aval3s Dverest SiSoftare Sandra 9uturemark >mark BAPo PK4U PKmark

- CLUSTERS

luster !lustering$ o nome dado a um sistema montado com mais de um

computador, muitas ve1es feito com computadores convencionais, o cluster usa um

tipo especial de sistema operacional classificado sistema distribuHdo%

O ob:etivo fa1er com que todo processamento da aplica"#o se:a distribuHdo aoscomputadores, como se fosse apenas um computador% Assim possHvel reali1ar


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processamento de grades aplica";es que at ent#o somente seria possHvel em

computadores de alto desempenho seriam capa1es de fa1er% 0? diversos tipos de

cluster um dos mais famosos o cluster da classe Beoulf constituHdo por diversos

ns escravos gerenciados por um s computador%

ada computador de um cluster recebe o nome de n ou nodo, todos devem estar

conectados de maneira a formarem uma rede, de qualquer topologia% Dssa rede

precisa ser criada de forma que permita a entrada ou retirada de um n ou nodo !em

caso de defeito, por e@emplo$, sem interromper o funcionamento do cluster% O

sistema operacional usado nos ns deve ser de um mesmo tipo, ou se:a, ou

somente indos, ou somente 7inu@, etc% 'sso porque e@istem particularidades na

arquitetura de cada sistema operacional, que poderia impedir o perfeito

funcionamento do cluster%

'ndependente do sistema operacional usado preciso usar um softare que permita

a montagem do cluster em si classificado como sistema distribuHdo% Dsse softare

respons?vel, entre outras coisas, pela distribui"#o do processamento% Dsse um

ponto fundamental na montagem de um cluster% preciso que o softare trabalhe de

um modo que defeitos e erros se:am detectados, oferecendo meios de reparar esseserros, mas sem interromper as atividades do cluster% Dsse tipo de necessidade pode

se controlada atravs de um equipamento especifico, ou se:a, n#o depende apenas

do softare%

Para que e@ista, um cluster precisa de pelo menos dois computadores, evidente que

quanto mais computadores e@istir em um cluster maior ser? seu poder de

processamento, quanto mais computadores o cluster tem maior o custo de

implementa"#o e manuten"#o% 'sso n#o se deve somente aos pre"os dos

computadores envolvidos, mas tambm pelos equipamentos da infraestrutura do

cluster e@emplo sitches, cabos, hubs nobreaks etc% 2esmo levando em

considera"#o esses custo, os clusters tem um custo menor do que a aquisi"#o,

implementa"#o e manuten"#o de computadores poderosos, e algumas ve1es o

processamento at mais r?pido%

TIPOS DE CLUSTER


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luster de Alto >esempenhoN Permite a constru"#o de sistema de

processamento que pode alcan"ar altos valores de gigaflops% 'sso com uso de

computadores comuns, usando um sistema operacional com cdigo4fonte

livre% luster de Alta >isponibilidadeN S#o clusters nos quais seus sistemas

conseguem permanecer ativos por um longo perHodo de tempo em plena

condi"#o de uso% Podemos di1er que esses sistemas nunca param de

funcionar, alm disso, conseguem detectar erros, protegendo4se de possHveis

falhas que possam ocorrer% luster para balanceamento de cargaN Tem a fun"#o de controlar a

distribui"#o equilibrada do processamento% Jequer monitoramento constanteda sua comunica"#o e sua redundIncia, pois se ocorre alguma falha, o

sistema pode parar% luster omboN ontm caracterHsticas dos clusters de alta disponibilidade e

de cluster de balanceamento de carga luster 2OS'G4 2OS'G uma sigla para 2ulticomputer Operating S3stem for

Kni@% O 2OS'G uma e@tens#o para 7inu@ de um sistema cluster que

trabalha como se fosse um &nico supercomputador, por meio de distribui"#o

de processos e balanceamento de carga%

Os clusters uma solu"#o que possibilita a solu"#o de diversos problemas que

envolvem grande volume de processamento% As aplica";es de um cluster podem

diversas, desde simples melhorias de desempenho de um sistema de hospedagem

de um site, ate aplica";es em pesquisas cientifica comple@a%

O que torna o cluster t#o fascinante que todo o processamento pode ser feito com

se e@istisse somente um supercomputador%

; CLOUD

omputa"#o na nuvem ou loud omputing um modelo de computa"#o que

permite ao usu?rio acessar arquivos servi"os em qualquer lugar independe de

plataforma sendo necess?ria este apenas conectado a internet%

A nuvem baseada na internet, para conseguir isso necess?rio reunir todas as

aplica";es e dados dos usu?rios em grandes centros de arma1enamento,


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conhecidos como data centers, Kma ve1 reunidos L infraestrutura e as aplica";es do

usu?rio, s#o distribuHdos na forma de servi"os disponibili1ada por meio da internet%

Km ponto importante para entendimento deste modelo de computa"#o refere4se aosparticipantes da nuvem% Pode ser dividido em trEs gruposN provedor de servi"os,

desenvolvedor, e usu?rios% O provedor respons?vel pela tarefa de disponibili1ar,

gerenciar e monitorar toda infraestrutura da nuvem% O desenvolvedor deve ser capa1

de prover servi"os para o usu?rio final% O usu?rio o consumidor que ir? utili1ar a

nuvem%

;.1 ELASTICIDADE E ESCALONA&ENTO

Portanto, os usu?rios tEm a e@pectativa de que a nuvem se:a capa1 de fornecer%

Japidamente recursos em qualquer quantidade e a qualquer 2omento% esperadoque os recursos adicionais pudessem ser providos, possivelmente de formaautom?tica, quando ocorre o% Aumento da demanda e retidos, no caso da diminui"#odesta demanda%

;.% SELSER*ICE @AUTOATENDI&ENTO

O consumidor de servi"os da computa"#o na nuvem espera Adquirir recursoscomputacionais de acordo com sua necessidade e de forma instantInea% Parasuportar este tipo de e@pectativa, as% 5uvens devem permitir o acesso emautoatendimento outro ponto importante para o entendimento deste modelo deomputa"#o refere4se aos participantes da nuvem% Dstes podem ser divididos emtrEs grandes gruposN Provedor de servi"o, >esenvolvedor e Ksu?rio% O provedor respons?vel pela tarefa de disponibili1ar, gerenciar e monitorar toda a infraestrutura

da nuvem, garantindo o nHvel do servi"o e a seguran"a adequada de%

>ados e aplica";es% V? o desenvolvedor deve ser capa1 de prover servi"os para ousu?rio final, a partir da infraestrutura disponibili1ada pelo provedor de servi"o%Dnquanto o usu?rio final o consumidor que ir? utili1ar os recursos oferecidos pelanuvem computacional !self4service$ para que os usu?rios possam solicitarpersonali1ar, pagar e usar os servi"os dese:ados sem interven"#o humana%

;.) ATURA&ENTO E &EDIO POR USO


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Kma ve1 que o usu?rio tem a op"#o de requisitar e utili1ar somente a quantidade derecursos e servi"os que ele :ulgar necess?rio, os servi"os devem ser precificadoscom base em um uso de bai@a dura"#o, como por e@emplo, medido em horas deuso% Por esta ra1#o, as nuvens devem implementar recursos que garantam umeficiente comrcio de servi"os, tais como tarifa"#o adequada, contabilidade,faturamento, monitoramento e otimi1a"#o do uso%

;.+ A&PLO ACESSO REDE

Os recursos devem estar disponHveis atravs da rede e acessados atravs demecanismos padr;es que permitam a utili1a"#o dos mesmos por plataformasheterogEneas, como smartphones, laptops, P>As, entre outros%

;.0 CUSTO&I2AO

5o atendimento a m&ltiplos usu?rios verifica4se a grande disparidade entre asnecessidades dos mesmos, tornando essencial a capacidade de personali1a"#o dosrecursos da nuvem% >esde servi"os de infraestrutura, a servi"os de plataforma eservi"os de softare%

;. CA&ADAS DE AR'UITETURA E TIPOS DE NU*E&

Os servi"os de computa"#o na nuvem s#o divididos em trEs classes, que levam emconsidera"#o o nHvel de abstra"#o do recurso provido e o modelo de servi"o doprovedor%

;.3 *ANTAGENS

>entre as vantagens da computa"#o em nuvem est? a possibilidade de acesso aosdados e aplica";es de qualquer lugar, desde que ha:a cone@#o de qualidade com ainternet, tra1endo assim mobilidade e fle@ibilidade aos usu?rios% O modelo depagamento pelo uso possibilita ao usu?rio pagar somente o que necessita, evitandodesperdHcio de recursos, e tambm gra"as a esta escalabilidade possHvel ampliar adisponibilidade de recursos conforme o usu?rio verifica necessidade do mesmo%

;.- DES*ANTAGENS


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As maiores desvantagens da computa"#o em nuvem s#o pontos chave para aevolu"#o e ado"#o da mesma, dentre elas est#oN seguran"a, escalabilidade,interoperabilidade, confiabilidade e disponibilidade%

;.; CONCLUSO

ada ve1 mais a computa"#o na nuvem esta presente em nosso cotidiano, n#o spara usu?rio domstico, mas como na ?rea empresarial, na ?rea comercial e na ?reaacadEmica% A utili1a"#o da computa"#o em nuvem est? em tarefas comuns comoNpublicar uma foto na internet, um coment?rio em site de rede social desenvolver umtrabalho com um colega usando ferramentas de edi"#o de te@to disponibili1adasatravs de um site ou simplesmente enviar uma mensagem por correio eletrMnico% A

nuvem representa uma camada%

). E4apa

Rea4B5i# )

1: TAELA DE CARACTER(STICAS DE CLUSTER DE ALTO DESE&PEN>OFALTA DISPONIILIDADE E DE ALANCEA&ENTO DE CARGA.


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5a tabela abai@o temos as principais caracterHsticas de cluster de computadores dealto desempenho% Alta disponibilidade, e de balanceamento de carga%

C8s4e5 Ca5ac4e5s4icas

Alto desempenho Alto desempenho, escalabilidade, tolerIncia a falhas,bai@o custo, independEncia de fornecedores%

Alta >isponibilidade Jesistente a falhas de hardare softare e energia,disponHvel o m?@imo de tempo possHvel, clusteraltamente escal?vel, altamente confi?vel%

Balanceamento de carga ombina o melhor dos dois sistemas cluster citadosanteriormente, distribui de forma uniforme o trabalhoentre os computadores do cluster, balanceamento darede, reencaminha o trafego por caminhos alternativosa fim de descongestionar o acesso aos servidores,balanceamento do processador%

11 SISTE&AS DE CLUSTER PARA ALTO DESE&PEN>O @>PC PEROR&ANCECLUSTER

11.1 CLUSTER

luster s#o computadores que trabalham em con:unto para e@ecutar programa quereali1am muitos c?lculos e@igem muita performance do sistema computacional%

Km cluster computacional pode de ser feito de diversas maneiras%

Km computador de grande porte pode ser feito com computadores simplesinterligados por uma rede de dados que se comunicam entre si para e@ecutar umadeterminada tarefa%

O sistema operacional pode ser 7inu@, Kni@ ou 2icrosoft indos%

11.1 CLUSTER D&O

O cluster aqui estudado foi o cluster >2O que composto por ) ns computacionaiscom dois processadores 'ntel de - oresF+< Threads e +8- /B de memoria JA2,alm disso, cada n computacional tambm equipado com uma /PK !Knidade deProcessamento /r?fico$ com 8/B de memria />>J), isso lhe da uma perfomacem?@ima de apro@imadamente 8%)Tflops%

11.% >ARD,ARE @POR N/ DE PROCESSA&ENTO


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8 Processadores 'ntel Geon Octa ore D)48J) !+(( ores$ 'nterface de Jede /igabit !+/bD$

11.) SOT,ARE

>ebian 7inu@ *%. Wernel %8%(4( Sistema de boot de ns via PGD Sistema de gerenciamento de energia !via Suspend To JA2$ /erenciador de 9ilad de Vobs TOJXKD

/5K FRRF9OJTA5 Bibliotecas como 7APAW, B7AS, /S7 etc% 2DDP !Suporte a 2P'$ O2SO7 2atlab SD24BJ S9 09SS

11.+ AR'UITETURA DO SISTE&A

9igura4 Dsquema de Arquitetura deo Sistema


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9igura 'magem do Servidor do cluster >2O

11.0 CARACTER(STICAS

O cluster >2O foi construHdo a partir de componentes b?sicos isso permitiu acustomi1a"#o do sistema para atender as demanda especifica, com bai@o custocustando at ).Q menos que uma solu"#o comercial%


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Toda configura"#o foi feita pela equipe do cluster >2O

Sistema de Boot remoto Scripts de administra"#o ria"#o de regras de gerenciamento de :obs

1%.1 INTRODUO

Atualmente podemos observa que um grande numero de aplica";es que e@igemgrande quantidade de processamento, como e@emplo computa"#o gr?fica, previs;esmetrolgicas, mapeamento gentico entre muitas outras aplica";es%

Kma solu"#o encontrada para suprir essa grande demanda por poder de

processamento criado os supercomputadores% Os supercomputadores s#o sistemasfortemente acoplados possuem um custo elevado%

Kma alternativa para essa e@igEncia de poder computacional a utili1a"#o decluster, um sistema fracamente acoplados%

Os clusters processam as tarefas paralelas de forma transparente, ou se:a,parentando ser um &nico sistema para o usu?rio%

Para a utili1a"#o deve4se levar em considera"#o a aplica"#o que ser? e@ecutada,

levando em considera"#o que problemas de granulosidade fina, o cluster n#o semostra eficiente devido L necessidade de troca de informa";es dos ns com os nsmestre% Dssa atividade causa alto trafego na rede, e isso interfere no tempo dee@ecu"#o das tarefas, :? para problemas de granulosidade grossa, o cluster semostra t#o eficiente quanto um supercomputador, nesse caso a granulosidadegrossa que e@ige um numero consider?vel de processamento, o cluster altamentevi?vel, uma ve1 que cada n recebe grande quantidade de carga que passa a serprocessada de maneira independente, limitando a troca de informa"#o entre os nsdo cluster%

9igura 4 /ranulosidade


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1%.% SISTE&AS OPERACIONAIS

A principal fun"#o de um sistema operacional controlar o funcionamento de umcomputador, gerenciar a utili1a"#o e o compartilhamento dos seus diversosrecursos% Dm cluster o sistema operacional o principal sistema e atravs dele osistema deve garantir o funcionamento das seguintes fun";es

ontrole de recursosN 5essa tarefa o sistema operacional controla a entrada esaHda de cada n do cluster envolvido na tarefa, assim garantido aconsistEncia dos dados%

2onitora"#oN Jespons?vel por verificar a disponibilidade de cada n do

cluster, assim como a quantidade de carga que cada n poder? receber% ontabilidadeN Tarefa que funciona como um medidor de desempenho do

cluster se:a ela, para calcular custos da opera"#o ou se:a at mesmo medirdesempenho%

onsultaN 5esta tarefa o sistema operacional arma1ena em fila de prioridadestodos os processos que ser#o e@ecutados, levando em considera"#o astarefas e@ecutadas por diferentes nHveis de usu?rios%

Planifica"#oN 9unciona como um plane:ador, e atravs dele que o sistema

operacional organi1a da melhor maneira quais tarefas ser#o distribuHdasentres os nos do cluster%

1%.) >ARD,ARE


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D@istem muitas implementa";es de cluster no mercado, isso ocorre devido L grandevariedade de op";es de arquitetura que um cluster de alto desempenho podeproporcionar% O hardare cluster pode ser dividido em duas partes, e@ecu"#o etransmiss#o de dados%

1%.+ E=ECUO

D@ecu"#o ou processamento de dados reali1ado por computadores usuais, usadosem opera";es domesticas% Km cluster um aglomerado de computadores quefunciona de forma distribuHda% Os recursos que influenciam o desempenho dessescomputadores s#oN

ProcessadorN Jespons?vel pelo processamento de dados, atualmente s#o oscom o desenvolvimento dos processadores de m&ltiplos n&cleos, torna atarefa a mais paraleli1?vel possHvel% A memoria cache dos processadores s#ocada ve1 maiores, tendo grande importIncia no processamento%

2emoria JA2N Tambm recebe o nome de memria principal, respons?vel

por arma1enar os dados dos programas que est#o em e@ecu"#o, memriasvol?teis e de r?pido acesso se comparado ao 0> disco rHgido,

Placa m#eN Km dos principais itens do computador, nelas contem tosos os

chips e liga";es entre componentes de um computador% O barramento deuma placa m#e a principal via de comunica"#o entre processador, memoriae disco rHgido%

>isco rHgidoN Arma1ena os dados dos programas de forma permanente%

uma memoria n#o vol?til, o acesso lento, porem a memoria que possuimaior capacidade de arma1enamento%

2emoria 6irtual !Sap$N 2emria utili1ada para gerenciar o uso de programas

que e@i:am mais memoria do que a JA2 fornecida pelo sistema% Atravsmemoria virtual ou sap, dados s#o arma1enados de forma tempor?ria nodisco rHgido, e dessa forma evitar que programas travem por falta de recursos%Algo importante a ser observado que o disco rHgido muito mais lento que amemoria principal, isso torna a memoria virtual !Sap$, muito mais lenta quea memoria principal%

1%.0 TRANS&ISSHES DE DADOS

Dm cluster a transmiss#o de dados o principal gargalo, nas opera";es% 'sso ocorredevido L latEncia que h? nas informa";es trocadas entre os ns%


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0o:e o principal meio de comunica"#o de dados a rede, sendo composta pormeios fHsicos e mecanismos de controle para transporte, alm de uma politica desincroni1a"#o de dados%

Principais tecnologias de redes e@istentes usadas em clusterN

DthernetN D@istem dois tipos de Dthernet, a 9ast Dthernet e a /igabit Dthernet,

a mais utili1ada em cluster ainda a 9ast Dthernet que tem velocidade+.F+.., ou se:a, +.2bps e +..2bps, :? em redes /igabit Dthernet avelocidade pode chegar L casa do +/bps +.F+..F+...%

23rinetN Jede de alta velocidade, sua velocidade pode chegar a 8,(/bps, seu

funcionamento se deve atravs de interruptores no qual tra"adas as rotas de

transmiss#o de dados%

c7anN Jede apropriada para cluster, seu funcionamento assim como o f a rede

23rinet tambm se deve atravs de interruptores, alcan"a a fai@a de 8,)/bps,entretanto, pela falta de especifica";es e documenta";es apropriadas fa1emcom que esse tipo de rede n#o se:a usadas com muita frequEncia%

1%. ILIOTECAS DE CO&UNICAO

As bibliotecas de comunica"#o paralelas s#o respons?veis pela comunica"#o entrens do cluster% ada tipo de biblioteca de comunica"#o tem suas particularidades,ou se:a, elas implementam de maneiras diferentes as solu";es para os problemasde comunica"#o paralela%

D@istem duas bibliotecas de comunica"#o que se destacam a P62 !Parallel 6irtual2achine$ e a 2P' !2essage Passing 'nterface$%

1%.3 P*& @PARALLEL *IRTUAL &AC>INE

Biblioteca de comunica"#o que emula computa"#o concorrente heterogEnea depropsitos gerais em computadores interconectados, no qual pode se trabalhar com

diversas arquiteturas% A ideia do P62 !Parallel 6irtual 2achine$ montar umamaquina virtual de processadores e us?4los para enviar tarefas e receber resultados,


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de maneira cooperativa% Tudo isso sendo reali1ado de forma simplificada, usandoapenas rotinas b?sicas, enviando e recebendo mensagens%

1%.- &PI @&ESSAGE PASSING INTERACE.

A 2P' !2essage Passing 'nterface$% Tem como ob:etivo padroni1ar a troca demensagem em ambientes paralelos de memoria distribuHda% Alm da padroni1a"#o,o 2P' !2essage Passing 'nterface$% Tambm tem procurado otimi1ar a comunica"#oe aumentar o desempenho de aplica";es paralelas ou distribuHdas, essas Bibliotecasde comunica"#o surgiram da necessidade de se resolver algum problemarelacionado L portabilidade e@istente entre as diferentes plataforma e caracterHsticaspeculiares de algumas arquiteturas paralelas%

A eficiEncia do 2P' garantida por meio da disponibilidade de diversasimplementa";es para uma mesma funcionalidade% omo por e@emplo, para p enviode mensagens h? fun";es que implementam comunica"#o ponto a ponto e coletiva%

Kma grande vantagem do ponto de vista de engenharia de programas, que 2P'suporta programa"#o modular% Por meio desse conceito, o comunicador capa1 deidentificar um grupo de processos, no qual uma determinada opera"#o deve serefetuada%

9igura Dstrutura 2P'

1%.; AR'UITETURA DE CLUSTER

luster um sistema distribuHdo de computadores independentes e interligado, cu:o

ob:etivo de suprir a necessidade de um grande poder computacional com umcon:unto de computadores de forma transparente ao usu?rio%


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onforma visto antes o cluster possui trEs condi";es primordiais para seufuncionamento, Sistema operacional, hardare, e as bibliotecas de comunica"#o%

Os clusters tornaram4se populares quando a ra1#o pre"oFdesempenho de

computadores pessoais e esta";es de trabalhos melhorou% Outra ra1#o para osurgimento e r?pida aceita"#o de sistemas em cluster foi mais a necessidade detolerIncia a falhas e alta disponibilidade%

Os clusters fornecem desempenho e tolerIncia a falhas n#o encontradas emqualquer sistema multi processamento simtrico%

9igura Arquitetura de cluster com um n controlador

1).1: DESE&PEN>O

Os clusters e@ploram e@plicitamente o paralelismo como principal ferramenta, e para

comprovar ganhos e@istem mtricas que s#o utili1adas a fim de estruturar umamelhor solu"#o para os problemas paraleli1ados%

O speedup ou Acelera"#o !Sp$ mtrica utili1ada para medir o desempenho de umaaplica"#o paralela% Y definida pela ra1#o do tempo gasto para a e@ecu"#osequencial !Ts$ e o tempo gasto da e@ecu"#o paralela em p processadores idEnticos!Tp$, ou se:a, SpZTsFTp

A eficiEncia medida que mostra quanto de potencia computacional disponHvel quefoi utili1ada no processamento% apresentada como ra1#o entre a Acelera"#o e o

n&mero de processadores, logo DfZSpFp%Tabela Acelera"#o e eficiEncia


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omo toda tecnologia, o sistema de cluster de computadores tambm possuidesvantagens, por isso cabe ao respons?vel fa1er levantamento de prs e contrasna hora de implementar um sistema desse tipo de sistema, bai@o temos as principaisdesvantagensN

2anuten"#o de equipamentosN pr ser um sistema facilmente e@pansHvel, o

sistema computacional de cluster pode se tornar muito grande, e amanuten"#o do sistema pode se tornar uma tarefa imensamente grande, poiscada maquina que integra o sistema do cluster devem ter todos os seuscomponentes em perfeito estado de funcionamento%

2onitora"#o dos nsN 2onitorar as informa";es trocadas em cada n pode

ser um problema dependendo como foi configurado o cluster, levando emconsidera"#o a e@pansibilidade do cluster, principalmente em sistema clustermuitos grandes% ]

/argalhos de troca de informa";esN omo a comunica"#o de sistema de

cluster de computadores ocorrem por uma tecnologia de rede, a troca deinforma"#o se transforma no principal gargalo, uma ve1 que a transmiss#o derede bem lenta se comparada L troca de informa";es com um barramentode um sistema de memoria compartilhada, mas possHvel reali1ar algunsa:ustes de granulosidade para diminuir esse problema%

1).1% TIPOS DE CLUSTERS

Os clusters que ser#o vistos s#o um clusters de alto poder de processamento, quetem como foco aumentar o desempenho das aplica";es, particularmente de grandestarefas computacionais%

Kma grande tarefa computacional pode ser dividida em pequenas tarefas que porsua ve1 s#o distribuHdas entre as esta";es, como se fosse um supercomputadorparalelo%

O cluster de processamento paralelo muito usado para computa"#o cientifica ouanalises financeiras, tarefas que e@igem um poder de processamento muito alto%

1).1) CLUSTER EO,UL

O cluster Beoulf nasceu no ano de +==(, foi ideali1ado pelos pesquisadores da5ASA Thomas Sterlin e >onald V% Becker, e voltado L computa"#o paralela, com a

finalidade de processar as informa";es espaciais que a 5ASA recolhia% O quemotivou a cria"#o do cluster Beoulf foi a necessidade de processamento dessas


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informa";es na ordem do gigaflops, e um supercomputador com esse pode deprocessamento custava em torno de um milh#o de dlares%

O cluster beoulf diferente de outros tipos empresariais e mais especHficos, n#o

e@ige uma arquitetura especifica t#o pouco maquinas homogEnea% Para se torna umcluster dessa classe deve satisfa1er as seguintes premissas%

one@#o entre os ns, que pode ser feita por meio de ethernet%

>eve haver um ou mais ns mestres !front4ednd$ para reali1ar o controle dos

ns escravos !back4end$%

O sistema operacional deve ser baseado em cdigo aberto, sendo que o

mesmo deve conter todas as ferramentas necess?rias para a configura"#o do

cluster% necess?rio que ha:a um n mestra !Servidor$ que vai reali1ar todadistribui"#o das tarefas e o monitoramento do desempenho do cluster% Dstefront4end respons?vel pelo monitoramento de falhas que por acaso passaocorres, tambm fica respons?vel pelo redirecionamento da carga deprocessamento, caso ha:a algum problema com algum n%

9igura Dsquema de um cluster Beoulf

1).1+ CLUSTERS OPEN&OSI=

Dste tipo de cluster trabalha com distribuHdo processos, que ao ser detectado altovolume de processamento, migram as instIncias entre as m?quinas do cluster,

sendo processadas simultaneamente% A principal diferen"a do beoulf que quebraos processos, o sistema 2osis@ reali1a esta migra"#oN


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A migra"#o de processo permite que o usu?rio inicie uma aplica"#o em qualquer n!denominado de n nativo$, e se mover de modo transparente para outros ns a fimde, por e@emplo, fa1er uso mais eficiente dos recursos do sistema% aso possua trEsmicros homogEneos, ao abrir uma instIncia de programa, aps o Open2osi@ atuar,cada um ficaria com uma instIncia e a tarefa total seria concluHda em pouco mais deum ter"o do tempo original%

2as o que o torna pouco fle@Hvel quando e@ecutada uma &nica tarefa ouinstIncia dos programas, pois para agili1ar esta tarefa ele move a mesma para umn mais e n#o a divide% Aps detectar a ociosidade de um do cluster, por troca deinforma";es de carga das instIncias, o processo todo migrado para maquina docluster,

Apesar de esse sistema possuir a maior base de usu?rios, os respons?veis pelo

pro:eto anunciaram que descontinuaram suas atividades e o pro:eto em mar"oF8..-%

1).10 TRAAL>OS CORRELATOS

A seguir s#o apresentados trabalhos acadEmicos com foco em poder deprocessamento desenvolvidos com cluster de computadores%

&ULTIPINGUI&5este trabalho reali1ado por marcos pitanga, o cluster

2ultipinguim usado para computa"#o paralela constituHdo de umcomputador mestre e de sete computadores escravos, interligado por umarede local de alto desempenho% O computador mestre respons?vel porgerenciar e distribuir as tarefas entre os computadores escravos que reali1amo processamento% Dste pro:eto uma implementa"#o de cluster do tipoBeoulf, cu:o ob:etivo criar um supercomputador acessHvel a laboratrios depesquisas e institui";es de ensino superior%

&ICRO,UL>esenvolvido pelo professor norte americano Voel Adams e

pelo estudante Tim Brom da faculdade alvin em 2ichigan !Dstados Knidos$,desenvolveram o pro:eto a qual deram o nome de 2icroulf% O ob:etivo dopro:eto era atingir a menos rela"#o custoFbeneficio de cluster de altodesempenho port?til, visando quebrar barreira dos +.. dlares por /igaflop%Ao final o pro:eto foi bem sucedido com um custo de 8%)*. dlares osupermicro computador atingiu a marca de 8


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1).1 CONCLUSO

Os clusters possuem muitas vantagens, porem como todo sistema computacional,

tambm possui desvantagens cabendo ao respons?vel dos pro:etos analisarem quala melhor tecnologia usar% >evido ao seu bai@o custo atualmente s#o usados commuita frequEncia em diversas ?reas%

1: CONCLUSO


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Ao final dessas duas etapas podemos estudar mais afundo diversas ?reas da

arquitetura de computadores, aprofundamos assuntos importantes como sistemas

operacionais, processadores, pipeline, benchmark, cluster e cloud entre outros%

11 REERJNCIAS ILIOGRKICAS


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chipset.ht,&

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ATPS Etapa 1,2 ,3 Estrutura de Dados