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Prof.LuizFernandoBi1encourt IC-UNICAMP
MC714SistemasDistribuídos1°semestre,2017
Prof.LuizFernandoBi1encourt IC-UNICAMP
Introdução–sistemasdistribuídos
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Introdução-sistemasdistribuídos• 1.ColeçãodeenJdadesindependentesquecolaborampararesolverumproblemaquenãopoderiaserresolvidoindividualmente(KshemkalyanieSinghal).
• 2.SistemaondecomponentesdehardwareousoVwarelocalizadosemcomputadoresemredecomunicam-seecoordenamsuasaçõesatravéssomentedetrocademensagens(Couloris,DollimoreeKindberg).
• 3.Umconjuntodecomputadoresindependentesqueseapresentaaseususuárioscomoumsistemaúnicoecoerente(TanenbaumeVanSteen).
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Introdução-sistemasdistribuídos• Existemdesdesempre• Comunicaçãoentreagentesmóveisnanatureza
• Hoje• DisposiJvoscomputacionaisemrede• Ferramentapararesolverproblemas• Vontadeprópria?Comportamentoesperado?Autonomiaatéquenível?
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Caracterização–sistemasdistribuídos• Usuáriosódescobrequeestáusandoumsistemadistribuídoquandoalgumafalhaimpededeusaralgumaaplicação(Lamport).
• ColeçãodecomputadoresquenãocomparJlhammemóriaourelógiodsicocomum,quesecomunicampormensagenssobreumarededecomunicação,ecadacomputadorpossuisuaprópriamemóriaeexecutaseuprópriosistemaoperacional.Tipicamentesãosemi-autônomosefracamenteacopladosenquantocooperampararesolverumproblemacoleJvamente(Tanenbaum/VanSteen).
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Caracterização–sistemasdistribuídos• Umtermoquedescreveumaamplagamadecomputadores,desdesistemasfracamenteacopladoscomoredesdelongadistância,asistemasfortementeacopladoscomoasLANs,eatésistemasmuitofortementeacopladoscomosistemasmulJprocessados(Goscinski).
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Caracterização–sistemasdistribuídos• Escrevamsuasdefiniçõesdesistemasdistribuídosemumpapelcomseunome.• Escrevamumexemplodesistemadistribuídoqueservecomoanalogiaaossistemasdecomputaçãodistribuídos.
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Características• Semrelógiodsicocomum• Introduzanoçãodedistribuição,dandoorigemàassincroniainerenteentreprocessadores.
• SemmemóriacomparJlhada• Requertrocademensagensparacomunicação.• Deve-senotarquepodefornecerabstraçãodeumespaçodeendereçamentocomumatravésdaabstraçãodememóriacomparJlhadadistribuída.
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Características• Separaçãogeográfica–quantomaisseparado,“maisé”umsistemadistribuído• Nãonecessariamenteemumawideareanetwork.• Clusters–pequenossistemasdistribuídos
• Autonomiaeheterogeneidade• Processadoresfracamenteacopladoscomdiferentes“velocidades”ediferentesSOs
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Componentes-hardware• Cadacomputadortemumaunidadedememóriaedeprocessamento• Sãoconectadosporumarededecomunicação• Fig1
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Componentes-Software• Aplicaçãodistribuída• Middleware• Sistemaoperacional• Pilhadeprotocolosderede• Fig2
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Arquitetura/Middleware• ExecuçãodistribuídaéaexecuçãodeprocessosnosistemadistribuídoparaalcançarumobjeJvocomum.• Arquiteturaemcamadasparaquebrarcomplexidade(Fig2).• MiddlewareéosoVwaredistribuídoquecoordenaosistemadistribuídoenquantofornecetransparênciadeheterogeneidade.
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Arquitetura/Middleware• Bibliotecas/padrões/mecanismosdemiddleware:• CORBA–commonobjectrequestbroker• NormalizaçãodesemânJcadechamadasentreobjetos
• RPC–remoteprocedurecall• DCOM–distributedcomponentobjectmodel• RMI–remotemethodinvocaJon• SOAP–simpleobjectaccessprotocol
• MPI–messagepassinginterface
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Arquitetura/Middleware• RPC:conceitualmenteigualàchamadadeprocedimentolocal,comadiferençaqueocódigochamadopodeestaremmáquinaremota.• SoVwaredeRPCenviamensagempelaredeeaguardaresposta,momentoemqueachamadasecompletadopontodevistadoprocessoinvocador.
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Motivação/requisitos• Existemaplicaçõesondeacomputaçãoéintrinsecamentedistribuída• Ex:transferênciabancária
• ComparJlhamentoderecursos• Hardware,soVware/bibliotecas,dados,licenças• Impossívelreplicartudoemtodolugar–impraJcávelouineficiente
• Impossívelcolocartudoemumlugarsó–gargaloseconfiabilidade
• Acessoarecursosgeograficamentedistribuídos• Dadossensíveisoumuitograndes• AcessoadadosesupercomputadoresaparJrdedisposiJvosmóveis
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Motivação/requisitos• Aumentarconfiabilidade• ReplicaçãodedadosedesoVware• Disponibilidade:recursodeveestardisponível“sempre”• Integridade:estado/valordeumrecursodevesercorreto,sobacessosconcorrentesdemúlJplosprocessadores,deacordocomasemânJcaesperadapelaaplicação• Tolerânciaafalhas:habilidadederecuperaçãodefalhasnosistema
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Motivação/requisitos• Melhorartaxadesempenho/custo• ComparJlhamentoderecursosedadosremotos• Aumentarvazão(nemsempreéesseoobjeJvo...)• Podeoferecermelhordesempenho/custoquemáquinasparalelasespeciais
• Oferecerescalabilidade–evitargargalos• Adicionarmaisprocessadoresnãoimpõegargalodiretoparaarede.
• Modularidade/facilidadedeexpansão• Adicionar(ousubsJtuir)processadoresheterogêneossemdegradardesempenho.
• Outras?
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Sistemasparalelos
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Sistemasparalelos• Existemsistemasquepossuemalgumas,masnãotodas,ascaracterísJcasdeumsistemadistribuído• Comoclassificá-los?• SãosistemasdistribuídosousistemasmulJprocessados?
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Arquiteturasdememória• Doisaspectos:localizaçãoepolíJcadeacesso.• Umamemóriaparatodososprocessadores:memóriacompar4lhada.• SememórianãoécomparJlhada:acessoviameiosexplícitosdecomunicação,comotrocademensagens.
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Arquiteturasdememória• Memóriacentralizada:• Memóriacomumacessadaportodososprocessadores.
• Memóriadistribuída:• Fisicamentedistribuídacomosprocessadores.• MemóriacomparJlhada• Espaçodeendereçamentoglobal• Tempodeacessodiferente,emgeral
• MulJprocessadoresdememóriadistribuída• Trocademensagens• Acessoatravésdoprocessador• Hierárquica:alguns(2-4)processadorescomparJlhammemória,formandoumnódecomputação.MúlJplosnóssãoconectadosemumnívelmaisalto–IBMBlueGeneL
• Fig3
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Arquiteturasdememória-diferenças• Memóriacentralizada• ExtensãointuiJvadaarquiteturadeumúnicoprocessador.• Contençãonacomunicaçãocommemóriacentrallimitaescalabilidade.• Sistemasbaseadosembarramentogeralmentepossuempoucosprocessadores(<=8).
• Memóriadistribuída• Comtrocademensagempermiteprojetomaissimples,masprogramaçãotorna-semaiscomplicada.
• Maiorescalabilidade–massivelyparallelprocessors(MPP)sãosistemasdememóriadistribuídaqueusamtrocademensagensepodemcontercentenasdemilharesdeprocessadores.
• MulJprocessadoresdememóriadistribuídaintegramasduasabordagens,fornecendoescalabilidadeemaiorfacilidadedeprogramação.
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Sistemasparalelos-classiFicação• SistemasmulJprocessados.• MulJcomputadores.• Processadoresvetoriais
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Sistemasmultiprocessados• SistemasparalelosondeosmúlJplosprocessadorestemacessodiretoaumamemóriacomparJlhada,aqualformaumespaçodeendereçamentoúnico.• Geralmentesemumrelógiocomum.• GeralmenteconsJtuemumaUniformMemoryAccess(UMA),ondealatênciadeacessoàmemóriaéamesmaparaqualquerprocessador.• Comunicaçãoentreprocessos:leitura/escritadamemóriacomparJlhada.• ProcessadoresgeralmentedomesmoJpoemummesmocontainer.• Fig4
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Sistemasmultiprocessados• Interconexão:busoumul4stageswitch• Representação:grafonãodirecionado• VérJce=processador+memórialocal+switch• Aresta=enlacedecomunicaçãoentreprocessadores• Grau–númerodemensagensquepodemsermanipuladassimultaneamenteporumprocessador.
• Diâmetro–menornúmerodenósnecessárioparacomunicaçãoentredoisnósmaisdistantesnarede.
• Larguradebisseção–númerodeenlacesmínimoquedividearedenametade.Indicaquantasmensagenspodemsertrocadassimultaneamenteentreduasmetadesdarede.
• Fig15
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Sistemasmultiprocessados• Duasredesdeinterconexãopopularessãoaomegaeabu1erfly.• SãoredesmulJ-estágioformadasporcomutadores2x2.• Permitemdadosdequalquerdasduasentradasseremdirecionadosparaqualquerdasduassaídas.• Colisõesocorremquandomaisdeumdadoédirecionadoaomesmotempoparaamesmasaída.
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Sistemasmultiprocessados• Omega• Omega:nprocessadores,nunidadesdememória• (n/2)log2nswitches2x2,log2nníveis• Funçãodeinterconexão
• Funçãoderoteamento• Paranívelsdarede,seos+1-ésimobitmaissignificaJvodejé0,vaiprofiodecima,sefor1vaiprofiodebaixo.
• Fig5
j =
(2i, 0 i n
2 � 1
2i+ 1� n, n2 i n� 1
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Sistemasmultiprocessados• Bu1erfly• Funçãodeinterconexão• Dependedenedes• SejaM=n/2switchesemcadanível,e<x,s>umswitchxnonívels• Existeumaarestade<x,s>para<y,s+1>se:• x=y• xXORytemexatamenteumbit1,queestános+1-ésimobitmaissignificaJvo
• Funçãoderoteamento• Numnívels,ses+1-ésimobitmaissignificaJvodejé0,vaiparaofiodecima,senãovaiparaofiodebaixo.• Fig6
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Multicomputadores• SistemaparaleloondemúlJplosprocessadoresnãotêmacessodiretoamemóriacomparJlhada.• Memóriapodeounãoformarumespaçodeendereçamentocomum.• Geralmentenãotêmrelógiocomum.• Próximosfisicamente.• Fortementeacoplados(hardwareesoVwarehomogêneos).• Fig7
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Multicomputadores• Espaçodeendereçamentocomumoutrocademensagens.• Espaçodeendereçamentocomum:geralmentecorrespondeaarquiteturaNUMA(non-uniformmemoryaccess).• Topologiasregularesesimétricas• Mesh,anel,torus,cubo,hipercubo• PropriedadesmatemáJcasinteressantespararoteamento• Fig8
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Arrayprocessors(vectorprocessors)• Processadoresfisicamentepróximos,fortementeacoplados.• Relógiocomum.• PodemnãocomparJlharmemóriaepodemcomunicar-seportrocademensagens.• Processamentoetrocadedadossincronizados.
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Sistemasparalelos• DisJnção/caracterizaçãoéimportanteparaprojetodealgoritmos.• Considerarlatências• Muitoacessoaosmesmosdados,muitoacessoadadoslocaisepoucoacessoadadosdistribuídos,etc.