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

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 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

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 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

Resumen

Sistemas Distribuídos

Sistemas Paralelos

Sistemas Distribuídos e Paralelos

Resumen

Conclução

Gerência de Processos Distribuídos: Sub processamento múltiplo.

Docente: MSc. Angel Alberto Vazquez Sánchez

ISUTIC2017