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Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Sistemas com Múltiplos Processadores Capítulo 8 8.1 Multiprocessadores 8.2 Multicomputadores.

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1 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Sistemas com Múltiplos Processadores Capítulo Multiprocessadores 8.2 Multicomputadores 8.3 Sistemas distribuídos 1

2 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Sistemas Multiprocessadores Necessidade contínua de computadores mais rápidos –modelo de memória compartilhada –multicomputador com troca de mensagens –sistema distribuído de longa distância 2

3 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Multiprocessadores Definição: um sistema computacional no qual duas ou mais CPUs compartilham acesso total a uma RAM comum 3

4 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição 4 Hardware de Multiprocessador (1) Multiprocessadores baseados em barramento

5 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multiprocessador (2) Multiprocessador UMA usando uma chave crossbar 5

6 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multiprocessador (3) Multiprocessadores UMA usando redes de comutação multiestágio podem ser construídos a partir de chaves 2 x 2 (a) Uma chave 2x2 (b) Formato de mensagem 6

7 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multiprocessador (4) Rede de chaveamento Omega 7

8 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multiprocessador (5) Características de Multiprocessadores NUMA 1.Espaço de endereçamento único visível a todas as CPUs 2.Acesso à memória remota via comandos -LOAD -STORE 3.Acesso à memória remota mais lento que acesso à memória local 8

9 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multiprocessador (6) (a)Multiprocessador de 256 nodos com base em diretório (b) Campos de um endereço de memória de 32 bits (c) Diretório no nodo 36 9

10 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Tipos de SO para Multiprocessadores (1) Cada CPU tem seu próprio sistema operacional 10

11 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Tipos de SO para Multiprocessadores (2) Multiprocessadores mestre-escravo 11

12 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Multiprocessadores simétricos –Modelo de multiprocessador SMP Tipos de SO para Multiprocessadores (3) 12

13 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Sincronização em Multiprocessadores (1) Instrução TSL pode falhar se barramento não puder ser reservado 13

14 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Múltiplos locks para evitar a substituição excessiva na cache Sincronização em Multiprocessadores (2) 14

15 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Teste contínuo vs. chaveamento Em alguns casos a CPU deve esperar –até que possa acessar a lista de processos prontos para executar Em outros casos existe uma escolha –teste contínuo gasta ciclos de CPU –chaveamento também usa ciclos de CPU –é possível tomar decisão independente cada vez que um mutex impedido é encontrado Sincronização em Multiprocessadores (3) 15

16 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Escalonamento de Multiprocessadores (1) Compartilhamento de tempo –Note o uso de uma única estrutura de dados para o escalonamento 16

17 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Compartilhamento de espaço –Múltiplos threads em múltiplas CPUs ao mesmo tempo Escalonamento de Multiprocessadores (2) 17

18 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Problema com a comunicação entre dois threads –ambos pertencem ao processo A –ambos estão executando fora de fase Escalonamento de Multiprocessadores (3) 18

19 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Solução: escalonamento em bando 1.Grupos de threads relacionados são escalados como uma unidade (um bando) 2.Todos os membros do bando executam simultaneamente em diferentes CPUs com compartilhamento de tempo 3.Todos os membros de um bando iniciam e finalizam juntos suas fatias de tempo Escalonamento de Multiprocessadores (4) 19

20 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Escalonamento em bando Escalonamento de Multiprocessadores (5) 20

21 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Multicomputadores Definição: CPUs fortemente acopladas que não compartilham memória Também conhecidos como –computadores clusters –clusters de estações de trabalho (COWs) 21

22 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Multicomputador (1) Topologias de interconexão (a) chave simples (b) anel (c) grade (d) toro duplo (e) cubo (f) hipercubo 4D 22

23 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Esquema de comutação –Comutação de pacotes armazena-e- encaminha (store-and-forward) Hardware de Multicomputador (2) 23

24 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Placas de interface de rede em um multicomputador Hardware de Multicomputador (3) 24

25 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Software de Comunicação de Baixo Nível (1) Se vários processos estão executando em um nodo –precisam de acesso à rede para enviar pacotes... Mapear a placa de interface para todos os processos que precisam dela Se o núcleo precisa acessar a rede... Usar duas placas de rede –Uma para o espaço do usuário, uma para o núcleo 25

26 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Comunicação entre o nodo e a interface de rede Uso de anéis de envio e recepção Coordena a CPU principal com a CPU da placa de rede Software de Comunicação de Baixo Nível (2) 26

27 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Serviços mínimos oferecidos –Comandos de envio e recepção Estas são chamadas bloqueantes (síncronas) (a) Chamada send bloqueante (b) Chamada send não bloqueante Software de Comunicação no Nível do Usuário 27

28 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Passos na realização de uma chamada de procedimento remoto –Os stubs são mostrados em tonalidade escurecida Chamada de Procedimento Remoto (1) 28

29 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Questões de Implementação Não pode passar ponteiros –chamada por referência se torna copia-restaura (mas pode falhar) Linguagens fracamente tipificadas –stub cliente não consegue determinar tamanho Nem sempre é possível deduzir os tipos de parâmetros Não pode usar variáveis globais –pode ser movido para máquina remota Chamada de Procedimento Remoto (2) 29

30 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Memória Compartilhada Distribuída (1) Note os níveis onde ela pode ser implementada a)hardware b)sistema operacional c)software no nível do usuário 30

31 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Replicação (a) Páginas distribuídas em 4 máquinas (b) CPU 0 lê página 10 (c) CPU 1 lê página 10 Memória Compartilhada Distribuída (2) 31

32 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Falso compartilhamento Deve também obter consistência seqüencial Memória Compartilhada Distribuída (3) 32

33 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Escalonamento em Multicomputador Balanceamento de Carga (1) Algoritmo determinístico grafo-teórico 33

34 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Balanceamento de Carga (2) Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo emissor –emissor sobrecarregado 34

35 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo receptor –com receptor subatarefado Balanceamento de Carga (3) 35

36 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Sistemas Distribuídos (1) Comparação de três tipos de sistemas com múltiplas CPUs 36

37 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Atingindo uniformidade com middleware Sistemas Distribuídos (2) 37

38 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Hardware de Rede (1) Ethernet (a) Ethernet clássica (b) Ethernet com chave (switch) 38

39 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição A Internet Hardware de Rede (2) 39

40 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Serviços de Rede e Protocolos (1) Serviços de Rede 40

41 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Protocolo da Internet - IP Protocolo de Transmissão e Controle – TCP Interação de Protocolos Serviços de Rede e Protocolos (2) 41

42 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Middleware com Base em Documentos (1) A Web –um grande grafo dirigido de documentos 42

43 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Como o navegador obtém uma página 1.Pergunta ao DNS pelo endereço IP 2.DNS responde com o endereço IP 3.Navegador abre uma conexão 4.Envia requisição para página especificada 5.Servidor envia arquivo 6.Conexão TCP liberada 7.Navegador exibe texto 8.Navegador busca, exibe imagens Middleware com Base em Documentos (2) 43

44 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (1) Modelos de Transferência (a) modelo upload/download (b) modelo de acesso remoto 44

45 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (2) Transparência de nomeação (b) Clientes têm a mesma visão do sistema de arquivos (c) Alternativamente, clientes com diferentes visões 45

46 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Semântica do compartilhamento de arquivos –(a) processador único provê consistência seqüencial –(b) sistema distribuído pode retornar valor obsoleto Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (3) 46

47 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição a)AFS – Andrew File System –Estações de trabalho agrupadas em células –Note posição de venus e vice b)Visão do cliente Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (4) 47

48 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (1) Principais elementos de um sistema distribuído baseado em CORBA –Common Object Request Broker Architecture 48

49 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Evolução para sistemas muito grandes –objetos replicados –flexibilidade Globe –projetado para evoluir para um bilhão de usuários –um trilhão de objetos pelo mundo Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (2) 49

50 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Objeto Globe estruturado Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (3) 50

51 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Um objeto compartilhado distribuído no Globe –pode ter seu estado copiado em múltiplos computadores de uma só vez Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (4) 51

52 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Estrutura interna de um objeto Globe Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (5) 52

53 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Middleware com Base em Coordenação (1) Linda –processos independentes –comunicam-se via um espaço de tuplas abstrato Tupla –como uma structure em C, record em Pascal Operações: out, in, read, eval 53

54 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Arquitetura publica/inscreve Middleware com Base em Coordenação (2) 54

55 Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição Jini – baseado no modelo Linda –dispositivos conectados em uma rede –oferece, usa serviços Métodos Jini 1.read 2.write 3.take 4.notify Middleware com Base em Coordenação (3) 55


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