sistemas distribuídos 2° semestre, 2014

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MC714SistemasDistribuídos1°semestre,2017

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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.