Arquitetura de Sistemas Operacionais
Download
1 / 28

Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia - PowerPoint PPT Presentation


  • 181 Views
  • Uploaded on

Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Complementado por Sidney Lucena (Prof. UNIRIO) Capítulo 13 Sistemas com Múltiplos Processadores. Sistemas com Múltiplos Processadores.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia' - blithe


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Arquitetura de Sistemas Operacionais

Francis Berenger Machado

Luiz Paulo Maia

Complementadopor Sidney Lucena (Prof. UNIRIO)

Capítulo 13

Sistemas com Múltiplos Processadores


Sistemas com m ltiplos processadores
Sistemas com Múltiplos Processadores

  • Arquiteturas que possuem duas ou mais CPUs interligadas funcionando em conjunto na execução de programas

    • Processando tarefas independentes ou simultaneamente processando uma mesma tarefa

    • Paralelismo a nível de instrução ou de tarefas

  • Opção com melhor custo/benefício em relação a desenvolver processadores mais rápidos

    • Custo elevado, limitações físicas p/ maior desempenho

  • Surgimento de aplicações que demandam grande poder computacional:

    • Previsão do tempo, Dinâmica dos fluidos, Genoma humano, Simulação de eventos raros, Modelagem computacional de sistemas


Principais vantagens
Principais Vantagens

  • Desempenho:

    • Apesar de não ser linear, desempenho aumenta a medida que novos processadores são acrescentados à arquitetura

      • Maior throughput, menor tempo de resposta, menor tempo de processamento

    • Ganho obtido pela execução simultânea de tarefas independentes

      • Aumento de throughput, atende número maior de usuários simultaneamente

    • Ganho obtido pela execução simultânea de uma mesma tarefa por vários processadores

      • Depende da organização dos processadores, linguagem de programação utilizada, grau de paralelismo da aplicação


Principais vantagens1
Principais Vantagens

  • Escalabilidade:

    • Capacidade de computação é ampliada ao se adicionar novos processadores ao hardware

      • Custo inferior ao da aquisição de um sistema com maior desempenho

  • Relação custo/desempenho

  • Tolerância a falhas e disponibilidade

    • Sistema se mantém em operação mesmo no caso de falha de algum dos processadores

      • Apenas a capacidade é diminuída

    • Disponibilidade aumenta em função do número mais reduzido de paradas


Balanceamento de carga e desvantagens
Balanceamento de Carga e Desvantagens

  • Balanceamento de carga:

    • Distribuição do processamento entre os diversos processadores melhora desempenho do sistema como um todo

  • Desvantagens de sistemas multiprocessadores:

    • Introdução de novos problemas de comunicação e sincronização

      • P/ex.: vários processadores podem estar acessando a mesma posição de memória

    • Organização de processadores, memórias e periféricos devem permitir boa relação custo/benefício

    • Tolerância a falhas pode ser dependente do SO e não apenas do hardware

      • Difícil implementação


Tipos de sistemas computacionais
Tipos de Sistemas Computacionais

  • Podem ser classificados quanto ao grau de paralelismo no processamento de instruções e dados

  • Modelo proposto por Flynn (1966) ainda é usado:

    • SISD (Single Instruction Single Data)

      • Sistemas que suportam seqüência única de instrução e apenas uma seqüência de dados

      • Engloba maioria dos sistemas monoprocessador

    • SIMD (Single Instruction Multiple Data)

      • Sistemas que suportam seqüência única de instruções e múltiplas seqüências de dados

      • Permite a execução de uma mesma instrução sobre diferentes elementos de dados (p/ex., vetores)

      • Vantajoso p/ aplicações c/ alto grau de paralelismo


Tipos de sistemas computacionais1
Tipos de Sistemas Computacionais

  • SIMD (Single Instruction Multiple Data)

    • Computadores específicos desenvolvidos para este modelo, chamados supercomputadores ou computadores vetoriais

      • Ex.: Cray T90, com 8 registradores vetoriais, cada qual com 128 elementos, e até 32 processadores

  • MISD (Multiple Instruction Single Data)

    • Permite múltiplas seqüências de instrução e um única seqüência de dados

    • Nenhuma arquitetura desenvolvida para este modelo

  • MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)

    • Múltiplas seqüências de instrução e múltiplas seqüências de dados

    • Compreende maioria dos sistemas com múltiplos processadores


Sistemas fortemente e fracamente acoplados
Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados

  • Arquiteturas MIMD podem ser classificadas quanto a seu grau de acoplamento

    • Compartilhamento de memória, distância entre processadores, tempos de acesso, mecanismos de comunicação e sincronização

  • Sistemas fortemente acoplados são aqueles onde os processadores compartilham uma mesma MP e são governados por um mesmo SO

  • Sistemas fracamente acoplados são aqueles que possuem dois ou mais sistemas computacionais independentes conectados em rede



Sistemas fortemente e fracamente acoplados2
Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados

  • Sistemas fortemente acoplados podem ser subdivididos quanto à forma de compartilhamento de memória

    • SMP (Symmetric Multiprocessors)

      • 2 ou mais processadores compartilhando mesmo espaço de endereçamento

      • Tempo de acesso à MP é uniforme p/ processadores

    • NUMA (Non-Uniform Memory Access)

      • Tempo de acesso à memória depende da localização física do processador

      • Vários conjuntos de processadores e memória, cada conjunto ligado aos demais por uma rede de interconexão

ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO)


Sistemas fortemente e fracamente acoplados3
Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados

ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO)


Arquitetura dos sistemas sim tricos
Arquiteturados Sistemas Simétricos

  • A organização interna de processadores, memória e dispositivos de E/S determinam o dimensionamento do sistema e o mecanismo de acesso à MP

    • Fundamental para o projeto de sistemas simétricos

  • Formas de interligação mais usuais das unidades funcionais:

    • Barramento único

    • Barrameno único com cache

    • Barramento cruzado comutado (crossbar)

    • Rede Ômega

ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO)


Arquitetura dos sistemas sim tricos1
Arquiteturados Sistemas Simétricos

  • Barramento único

    • Forma mais simples, econômica e flexível

    • Somente uma unidade funcional pode usar o barramento num dado instante

      • Gargalo!

    • Se barramento falha, todo o sistema é comprometido

ASO – Machado/Maia – complem. por Sidney Lucena (UNIRIO)


Arquitetura dos sistemas sim tricos2
Arquiteturados Sistemas Simétricos

  • Barramento único com cache

    • Reduz limitação imposta pela velocidade do barramento

      • Cache reduz latência das operações de acesso à MP

    • Apresenta problema de Coerência de Cache:

      • Caches de cada processador podem ter sido modificadas para os mesmos endereços na MP

      • Solução mais usada: write-back c/ write-invalidate


Arquitetura dos sistemas sim tricos3
Arquiteturados Sistemas Simétricos

  • Barramento cruzado comutado

    • MP é dividida em N módulos, unidades funcionais conectadas entre si por uma matriz comutadora (crossbar)

      • Possibilita N comunicações simultâneas

      • HW e SO devem resolver conflitos de acesso

      • Se N for grande, custo da matriz será muito alto


Arquitetura dos sistemas sim tricos4
Arquiteturados Sistemas Simétricos

  • Rede Omega

    • Forma de reduzir o custo da matriz de comutação da arquitetura crossbar

    • Não há ligações exclusivas entre processadores e módulos de memória, caminhos são compartilhados

      • Usa técnica de comutação das redes de pacotes

    • Aumenta a possibilidade de conflitos, maior latência


Sistemas numa
Sistemas NUMA

  • Vários conjuntos de processadores e memória, interconectados por rede interna, compartilham mesmo SO e espaço de endereçamento

    • Tempo de acesso à memória segue esquema hierárquico

      • Acessos mais rápidos à memória “local”


Sistemas numa1
Sistemas NUMA

  • Redes de interligação dos conjuntos de processadores + memória


Sistemas numa2
Sistemas NUMA

  • Redes de interligação dos conjuntos de processadores + memória


Sistemas numa3
Sistemas NUMA

  • Redes de interligação dos conjuntos de processadores + memória


Sistemas numa4
Sistemas NUMA

  • Arquitetura DASH (Universidade de Standford)

    • Cada conjunto possui 4 processadores, módulo da MP, dispositivos de E/S e Diretório

      • Diretório: estrutura usada para fazer coerência de cache


Sistemas numa5
Sistemas NUMA

  • Arquitetura do Multiplus (NCE/UFRJ)

    • Cada EP formado por processador, cache e módulo da MP

    • Rede de interconexão usa topologia n-cube invertido


Clusters
Clusters

  • São sistemas fracamente acoplados, formados por nós interconectados em rede dedicada de alto desempenho

    • Cada nó (membro) possui seus próprios recursos (processador, MP, SO, E/S, etc)

    • Cada membro possui seu próprio espaço de endereçamento

  • Escalabilidade, disponibilidade, tolerância a falhas, balanceamento de carga

  • Transparência para o usuário


Topologias de redes de computadores
Topologias de Redes de Computadores

  • Rede de computadores

    • Nós são totalmente independentes dos demais, podendo ser heterogêneos

      • Cada nó possui seu próprio SO, processador, MP, etc

      • Cada nó é unicamente identificado na rede


Topologias de redes de computadores1
Topologias de Redes de Computadores

  • Topologias de redes de computadores


Topologias de redes de computadores2
Topologias de Redes de Computadores

  • Topologias de redes de computadores


Sistemas distribu dos
Sistemas Distribuídos

  • Conjunto de sistemas interconectados por rede que funcionam como se fosse um único sistema

    • Sistemas fracamente acoplados do ponto de vista de HW mas fortemente acoplados do ponto de vista de SW

    • Para usuários e aplicações é como se não houvesse rede, apenas uma imagem única do sistema (single system image)


Sistemas distribu dos1
Sistemas Distribuídos

  • Permitem a execução de aplicações distribuídas

    • Partes da aplicação podendo ser executadas em qualquer dos sistemas componentes

    • Necessário haver transparência e tolerância a falhas em diversos níveis:

      • Transparência de acesso

      • Transparência de localização

      • Transparência de migração

      • Transparência de replicação

      • Transparência de concorrência

      • Transparência de paralelismo

      • Transparência de desempenho

      • Transparência de escalabilidade

      • Transparência a falhas (incluindo falhas de SW)


ad