rquitetura de Sistemas Operacionais – Machado/Maia Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 1 Arquitetura de Sistemas Arquitetura de Sistemas Operacionais Operacionais Francis Berenger Machado Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Luiz Paulo Maia Capítulo 13 Capítulo 13 Sistemas com Múltiplos Processadores Sistemas com Múltiplos Processadores
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Arquitetura de Sistemas Operacionais – Machado/Maia Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores1 Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger.
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 1
Arquitetura de Sistemas Arquitetura de Sistemas OperacionaisOperacionais
Francis Berenger MachadoFrancis Berenger MachadoLuiz Paulo MaiaLuiz Paulo Maia
Capítulo 13Capítulo 13Sistemas com Múltiplos ProcessadoresSistemas com Múltiplos Processadores
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 2
Sumário
• Introdução • Vantagem e Desvantagens • Tipos de Sistemas Computacionais • Sistemas Fortemente e Fracamente
Acoplados • Sistemas com Múltiplos Processadores
Simétricos – Evolução dos Sistemas Simétricos – Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Sistemas NUMA
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 3
Sumário
• Clusters • Sistemas Operacionais de Rede • Sistemas Distribuídos
– Transparência – Tolerância a Falhas – Imagem Única do Sistema
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 4
Vantagens e Desvantagens
• Desempenho• Escalabilidade• Relação custo/desempenho• Tolerância a falhas e disponibilidade • Balanceamento de carga • Problemas de comunicação e
sincronização • Organizar de forma eficiente os
processadores • Tolerância contra falhas é dependente
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Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados
• Sistemas com múltiplos processadores
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Sistem a s Fo rtem enteA cop la do s
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Sistem a sO peracion a is
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Sistem a s Fracam en teA cop la do s
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Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento único
D ispo sitivo sd e E/ SM em ór ia
Pr in cip a l
U C P U C P U C P
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 9
Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento único com cache
C ache C acheC ache
D ispo sitivo sd e E/ SM em ór ia
Pr in cip a l
U C P U C P U C P
. . .
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 10
Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Barramento cruzado comutado
P1
P2
P3
P4
M 1 M 2 M 3 M 4
C om uta do r
M em ór ia s
Pro
cess
ad
ore
s
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Arquitetura dos Sistemas Simétricos
• Rede Omega
M 1
M 2
M 3
M 4
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P2
P3
P4
C om utado r
M em ór ia sProcessad o res
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 12
Sistemas NUMA
• Exemplo de arquitetura NUMA
M 1P2 P3P1
M 2P5 P6P4
M 3P8 P9P7
Barram ento in terno
Ba
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to i
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Co
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 13
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(a ) Fa t- tree
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 14
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(b ) A n el
(c) G rid 2D
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 15
Sistemas NUMA
• Topologias NUMA
(d ) To rus 2D (e) H ip ercub o
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 16
Sistemas NUMA
• Arquitetura DASH
C 1 C 2 C 3 C 4
C 5 C 6 C 7 C 8
C 9 C 10 C 11 C 12
C 13 C 14 C 15 C 16
M P D iretó r io
P P P P
C on ju n to
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 17
Sistemas NUMA
• Arquitetura do Multiplus
EP1 EP2 EP3 EP8. . .
EP1 EP2 EP3 EP8. . .
Red
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exã
o M
ulti
está
gio
.
.
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 18
Clusters
• Exemplo de cluster
G ab in eted e d isco s
Rede de in tercon exão
Mem
bro
1
Mem
bro
2
Rede de acesso
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 19
Sistemas Operacionais de Rede
• Rede de computadores
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
H ost
Rede deC om un icaçã o
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 20
Sistemas Operacionais de Rede
• Topologias de redes de computadores
(a ) A ne l (b ) Estrela (c) To ta lm enteLiga da
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Sistemas Operacionais de Rede
• Topologias de redes de computadores
(d ) Ba rram en to
(e) Á rvo re(f) Pa rcia lm en te
Liga da
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Sistemas Distribuídos
• Sistema distribuído
Rede de C o m p utad o res
Im ag em ún icad o sistem as
U su á r io
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Sistemas Distribuídos
• Transparência– Transparência de acesso– Transparência de localização – Transparência de migração– Transparência de replicação– Transparência de concorrência– Transparência de paralelismo– Transparência no desempenho– Transparência de escalabilidade– Transparência a falhas
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Cap. 13 – Sistemas com Múltiplos Processadores 24
Sistemas Distribuídos
• Tolerância a falhas– Garantir que, em caso de problema em um de seus
componentes, as aplicações continuem sendo processadas sem qualquer interrupção ou intervenção do usuário, de forma totalmente transparente
– Tolerância a falhas de hardware é facilmente oferecida utilizando-se componentes redundantes
– Tolerância a falhas de software é bem mais complexa de implementar
– Com a tolerância a falhas, é possível também oferecer alta disponibilidade e confiabilidade
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Sistemas Distribuídos • Imagem única do sistema
– A maior dificuldade em implementar um sistema distribuído é a complexidade em criar para os usuários e suas aplicações uma imagem única do sistema, a partir de um conjunto de sistemas autônomos
– Capacidade de lidar com os diversos problemas de comunicação existentes em um ambiente fracamente acoplado
– O sistema precisa oferecer tolerância a falhas de forma
– Exige mecanismos mais complexos e lentos para manter a integridade e segurança dos dados
– Um dos grandes desafios para a adoção de sistemas distribuídos é a dificuldade no desenvolvimento de aplicações paralelas