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

Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição

Sistemas com Múltiplos Processadores

Capítulo 8

8.1 Multiprocessadores 8.2 Multicomputadores 8.3 Sistemas distribuídos

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Sistemas Multiprocessadores

• Necessidade contínua de computadores mais rápidos– modelo de memória compartilhada– multicomputador com troca de mensagens– sistema distribuído de longa distância

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Multiprocessadores

Definição:um sistema computacional no qual duas ou mais CPUs compartilham acesso total a uma RAM comum

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Hardware de Multiprocessador (1)

Multiprocessadores baseados em barramento



Multiprocessador UMA usando uma chave crossbar5



• 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

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• Rede de chaveamento Omega7



Características de Multiprocessadores NUMA1. 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

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(a) Multiprocessador de 256 nodos com base em diretório

(b) Campos de um endereço de memória de 32 bits(c) Diretório no nodo 36

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Tipos de SO para Multiprocessadores (1)

Cada CPU tem seu próprio sistema operacional

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Multiprocessadores mestre-escravo

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• Multiprocessadores simétricos– Modelo de multiprocessador SMP


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Sincronização em Multiprocessadores (1)

Instrução TSL pode falhar se barramento não puder ser reservado

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Múltiplos locks para evitar a substituição excessiva na cache


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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


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Escalonamento de Multiprocessadores (1)

• Compartilhamento de tempo– Note o uso de uma única estrutura de dados para

o escalonamento

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• Compartilhamento de espaço– Múltiplos threads em múltiplas CPUs ao mesmo tempo


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• Problema com a comunicação entre dois threads– ambos pertencem ao processo A– ambos estão executando fora de fase


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• Solução: escalonamento em bando1. 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


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Escalonamento em bando


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Multicomputadores

• Definição:CPUs fortemente acopladas que não compartilham memória

• Também conhecidos como – computadores clusters

– clusters de estações de trabalho (COWs)

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Hardware de Multicomputador (1)

• Topologias de interconexão(a) chave simples(b) anel(c) grade

(d) toro duplo(e) cubo(f) hipercubo 4D

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• Esquema de comutação– Comutação de pacotes armazena-e-

encaminha (store-and-forward)


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Placas de interface de rede em um multicomputador


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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

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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)

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• 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

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• Passos na realização de uma chamada de procedimento remoto– Os stubs são mostrados em tonalidade escurecida

Chamada de Procedimento Remoto (1)

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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)

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Memória Compartilhada Distribuída (1)

• Note os níveis onde ela pode ser implementadaa) hardwareb) sistema operacionalc) software no nível do usuário

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Replicação(a) Páginas distribuídas em 4 máquinas

(b) CPU 0 lê página 10

(c) CPU 1 lê página 10


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• Falso compartilhamento• Deve também obter consistência seqüencial


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Escalonamento em MulticomputadorBalanceamento de Carga (1)

• Algoritmo determinístico grafo-teórico

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Balanceamento de Carga (2)

• Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo emissor– emissor sobrecarregado

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• Algoritmo heurístico distribuído iniciado pelo receptor– com receptor subatarefado

Balanceamento de Carga (3)

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Sistemas Distribuídos (1)

Comparação de três tipos de sistemas com múltiplas CPUs

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Atingindo uniformidade com middleware

Sistemas Distribuídos (2)

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Hardware de Rede (1)

• Ethernet(a) Ethernet clássica(b) Ethernet com chave (switch)

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A Internet

Hardware de Rede (2)

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Serviços de Rede e Protocolos (1)

Serviços de Rede

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• Protocolo da Internet - IP• Protocolo de Transmissão e Controle – TCP • Interação de Protocolos

Serviços de Rede e Protocolos (2)

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Middleware com Base em Documentos (1)

• A Web– um grande grafo dirigido de documentos

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Como o navegador obtém uma página1. 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)

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Middleware Baseado no Sistema de Arquivos (1)

• Modelos de Transferência(a) modelo upload/download

(b) modelo de acesso remoto44



Transparência de nomeação(b) Clientes têm a mesma visão do sistema de arquivos(c) Alternativamente, clientes com diferentes visões

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• Semântica do compartilhamento de arquivos– (a) processador único provê consistência seqüencial– (b) sistema distribuído pode retornar valor obsoleto


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a) AFS – Andrew File System– Estações de trabalho agrupadas

em células– Note posição de venus e vice

b) Visão do cliente


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Middleware Baseado em Objetos Compartilhados (1)

• Principais elementos de um sistema distribuído baseado em CORBA– Common Object Request Broker Architecture

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• Evolução para sistemas muito grandes– objetos replicados– flexibilidade

• Globe– projetado para evoluir para um bilhão de

usuários– um trilhão de objetos pelo mundo


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Objeto Globe estruturado


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• Um objeto compartilhado distribuído no Globe– pode ter seu estado copiado em múltiplos computadores de

uma só vez


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Estrutura interna de um objeto Globe


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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

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Arquitetura publica/inscreve


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• Jini – baseado no modelo Linda– dispositivos conectados em uma rede– oferece, usa serviços

• Métodos Jini1. read

2. write

3. take

4. notify


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