Arquitetura paralela

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  • 1. http://informaticaentretenimento.blogspot.com/CEP- CENTRO DE EDUCAO PROFISSIONAL DE ITAJUB TCNICO EM INFORMTICA Turma: V2IVernica Veiga n:17Sistema Operacional Arquitetura paralelaSoftware paraleloTrabalho apresentado na disciplina:De Sistema Operacional. Do Prof. :Mrio. No curso tcnico em infor-mtica. Do CEP - Centro de Educa-o Profissional de Itajub.AGOSTO DE 2011ITAJUB-MG

2. ARQUITETURA PARALELA ou COMPUTAO PARALELA A computao paralela caracterizada pelo uso de vrias unidades deprocessamento ou processadores para executar uma computao de forma mais rpida. baseada no fato de que o processo de resoluo de um problema pode ser divido emtarefas menores, que podem ser realizadas simultaneamente atravs de algum tipo decoordenao. O conceito foi originalmente introduzido no CDC 6600 em 1964 pela CDC(Controle Data Corporation). MODELOS DE COMPUTAO PARALELAOs modelos de arquitetura de computadores so classificados pelo fluxo deinstrues e dados que se apresentam. Essa classificao definida como taxonomia deFlynn. Ela fica divida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD. A seguir serdescrito mais detalhadamente essas quatro categorias.SISD (SINGLE INSTRUCTION SINGLE DATA)Conhecido como fluxo nico de instrues sobre um nico conjunto de dados o casodas mquinas convencionais com uma CPU. Essa arquitetura conhecida tambm comoVon Neumann. A Figura 1 demonstra essa arquitetura SISD.Figura 1 - Arquitetura SISD (UFV, 2008) SIMD (SINGLE INSTRUCTION STREM MULTIPLE DATA STREAM)Corresponde ao caso das arquiteturas vetoriais onde a mesma operao executadasobre mltiplos operandos. A Figura 2 demonstra essa arquitetura SIMD.http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 3. MISD (MULTIPLE INSTRUCTION STREAM SINGLE DATA STREAM) Um pipeline de processadores seria um caso aonde os dados vo sendo processados epassados para o processador seguinte. A proposta de implementao que mais seaproxima desta categoria a da mquina de fluxo de dados. A Figura 3 demonstra essaarquitetura MISD.MIMD (MULTIPLE INSTRUCTION STREAM MULTIPLE DATA STREAM) Os multiprocessadores so um caso onde vrias instrues podem ser executadas aomesmo tempo em unidades de processamento diferentes controladas por unidades decontrole independentes (uma para cada unidade de processamento). A Figura 4 demonstraessa arquitetura MIMD.http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 4. APLICAO DO USO DA ARQUITETURA PARALELAPROCESSADORES VETORIAIS Processadores vetoriais ou processamento vetorial definido como aplicao deoperaes aritmticas/lgicas sobre vetores, ao invs de operaes sobre pares de dadosou dados escalares. Ela possui as seguintes caractersticas: reduz o custo de manuteno de estruturas decontrole para laos de processamento; reduz conflitos de acesso memria; pode seraplicado juntamente com conceitos de pipeline; em geral tem um aumento de desempenhoda ordem de 10 a 20 vezes quando comparado com mquinas escalares; aumenta oscustos de hardware; aumenta os custos de compilao do cdigo (vetorizao). A seguirna Figura 6, demonstra a arquitetura dos processadores vetoriais (HOCHULI; GENARI,2008). MULTIPROCESSADORES SIMTRICOS 5. Estes ambientes so conhecidos como arquiteturas de compartilhamento total, socaracterizadas por at dezenas de processadores compartilhando os mesmos recursoscomputacionais e rodando um nico sistema operacional. Os processadores soconsiderados simtricos porque tm os mesmos custos para acesso memria principal.A utilizao de SMP mais popular do que se imagina. Este tipo de mquina encontrado facilmente em grande parte das organizaes de hoje e tambm vem ganhandoespao em reas menores, reflexo da reduo de custos destes equipamentos. Um problema desta arquitetura sua escalabilidade, pois com o aumento do nmerode processadores a taxa de coliso de acesso memria tambm cresce, sendonecessrio a utilizao de solues de memrias de cache e globais, que sero vistos frente. A seguir na Figura 7 demonstra a arquitetura dos multiprocessadores simtricos(GOVERNO ELETRONICO, 2008).MQUINAS MACIAMENTE PARALELASComo o prprio nome j diz, essas mquinas almejam o alto desempenho atravs dautilizao de um grande nmero de processadores comerciais, os quais, devido ao fator docusto, acabam sendo processadores de baixo ou mdio poder computacional.Cada n possui uma memria local com um espao de endereamento prprio. Assimcada n s tem acesso a sua prpria memria, o que a caracteriza como uma mquinaNORMA. Assim, a comunicao entre as mquinas feita atravs de troca de mensagens.A seguir na Figura 8 demonstra a arquitetura das mquinas maciamente paralelas(OMNA, 2008). http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 6. Figura 8 Mquinas Maciamente Paralelas (CAVALHEIRO, 2008) MQUINAS COM MEMRIA COMPARTILHADA DISTRIBUDA So sistemas que apesar das memrias estarem fisicamente separada, todos osprocessadores podem enderear as memrias de todos os ns devido ao fato de que foiimplementado um espao nico de endereamento (que pode ter sido feita tanto emhardware como em software). A seguir na Figura 9 demonstra a arquitetura das Mquinascom memria compartilhada distribuda (CAVALHEIRO, 2008).Figura 9 Mquinas com memria compartilhada distribuda (CAVALHEIRO, 2008) REDE DE ESTAES DE TRABALHOBasicamente as mquinas NOW utilizam uma rede local (normalmente Ethernet ouATM), j existente, para a execuo de aplicaes paralelas. Pois a rede local pode servista como uma mquina paralela em que vrios processadores, com suas memriaslocais (estaes de trabalho), interligado por uma rede, o que a torna uma mquinaNORMA de custo quase nulo.A diferena da NOW para as MPP na hierarquia de barramento utilizada nas estaes,por possuir um disco local (DL) nos ns e na rede de interconexo. Essas diferenas vm 7. do fato de que a rede local ter sido planeja para um tipo diferente de aplicaes paralelas(compartilhar arquivos e acessar perifricos remotos, como a impressora). Uma das dificuldades encontrada nessa troca de funo a rede de interconexo.Redes como Ethernet e ATM no so otimizadas para aplicaes paralelas, que gera umaalta latncia nas operaes, o que compromete o desempenho da mquina como um todo.A seguir na Figura 10 demonstra a arquitetura das Mquinas com memria compartilhadadistribuda (CAVALHEIRO, 2008). Software para Processamento Paralelo Processamento Paralelo a ligao de vrios computadores para realizar uma tarefa,tecnicamente , um sistema de inter-conexo de vrios ns de processamento, de maneiraque um processo de grande consumo, seja executado no n mais disponvel ou mesmosubdividido por vrios ns. O Processamento Paralelo distribui as tarefas para cadaprocessador envolvido nesta interconexo de ns. O objetivo de um sistema deProcessamento Paralelo obter agilidade, ganho de tempo na realizao de uma grandetarefa no qual ser feita uma diviso na distribuio das tarefas para cada n. importanteressaltar que, o Processamento Paralelo nada mais que uma rede de vrioscomputadores interconectados, utilizada em diferentes tipos de topologia a qual permiteadicionar ou desfazer a conexo com um dos ns, logicamente a retirada de um dos nsocorre quando h danos ou interferncias. A vantagem de usar um processamentoParalelo obter um alto desempenho em tarefas que so consideradas pesadas narealizao de computadores individuais.(Figura 1: Ilustrao de ns em Processamento Paralelo Wikipdia)http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 8. Funcionamento do Processo Paralelo Em uma rede na qual trabalha usando sistema de Processamento Paralelo permitido a instalao de um nico tipo de Sistema Operacional, sendo assim se em umcomputador for instalado o Linux, ento ser necessrio que todos demais computadoresoperem com o mesmo software, [2]isto porque existe particularidades em cada sistemaoperacional que poderiam impedir o bom funcionamento do cluster. O software instaladoter a funo: Detectar erros e defeitos; Oferecer meios de reparos; Realizar a distribuio do processamento. (Figura 2: Arquitetura de um Processamento Paralelo) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 9. O computador principal chamado de Gerente de Tarefas, que tem a funo dedistribuir as tarefas para os ns ou nodos, que por sua vez processam as informaes e oresultado obtido retorna para o Gerente de tarefas. Os trs tipos de Processamento Paralelo So trs os tipos de processamento Paralelo, com Swar (Simd Withn a Register),SMP (Symetric Multi Processor) ou com cluster Beowulf.Swar (Simd Withn a Register) Trabalha com programa de baixo nvel; Usa processador MMX; Trabalha com apenasum processador.SMP (Symetric Multi Processor)So computadores com mais de um processador em uma mesma placa me;Compartilham o mesmo BUS e a mesma memria. (Figura 3: Arquitetura de ProcessamentoParalelo SMP) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/ 10. 1Processamento Paralelo com cluster BeowulfEsse modelo de processamento com Beowulf caracterizado pelo agrupamento devrios computadores individuais denominados ns escravos sendo gerenciados pelocomputadorFuncionamentoOcorre atravs da instalao de um conjunto de computadores sem teclado, mousee monitor, conectados em uma rede por meio de Switch e uma Linguagem de instruesque far a troca de dados, rodando em uma plataforma GNU/Linux, conectados a umservidor que ser o gerenciador que ir distribuir tarefas, conforme ilustra figura abaixo.(Figura 4: Arquitetura de Processamento Paralelo)http://informaticaentretenimento.blogspot.com/1 11. GNU/LinuxO Linux a plataforma de sistema Operacional mais utilizada, justamente porquecontem ferramentas que permitem a alterao e adaptao do Kernel para melhordesempenho nas atividades e aplicaes que dever desenvolver. (Figura 5: PlataformaLinux )As vantagens: Capacidade de processamento de grandes tarefas; Agilidade no processamento; Bom desempenho e performance nas atividades; Baixo custo (utilizao de hardware popular e software aberto). Servios realizados pelo Processamento Paralelo Beowulf Para computao cientifica ou anlises financeiras; Na indstria cinematogrfica para renderizao de g