Arquitetura paralela

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Arquitetura paralela

  1. 1. http://informaticaentretenimento.blogspot.com/CEP- CENTRO DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL DE ITAJUBÁ TÉCNICO EM INFORMÁTICA Turma: V2I Verônica Veiga nº:17 Sistema Operacional Arquitetura paralela Software paralelo Trabalho apresentado na disciplina: De Sistema Operacional. Do Profº. : Mário. No curso técnico em infor- mática. Do CEP - Centro de Educa- ção Profissional de Itajubá. AGOSTO DE 2011 ITAJUBÁ-MG
  2. 2. ARQUITETURA PARALELA ou COMPUTAÇÃO PARALELA A computação paralela é caracterizada pelo uso de várias unidades deprocessamento ou processadores para executar uma computação de forma mais rápida. Ébaseada no fato de que o processo de resolução de um problema pode ser divido emtarefas menores, que podem ser realizadas simultaneamente através de algum tipo decoordenação. O conceito foi originalmente introduzido no CDC 6600 em 1964 pela CDC(Controle Data Corporation). MODELOS DE COMPUTAÇÃO PARALELA Os modelos de arquitetura de computadores são classificados pelo fluxo deinstruções e dados que se apresentam. Essa classificação é definida como taxonomia deFlynn. Ela fica divida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD. A seguir serádescrito mais detalhadamente essas quatro categorias. SISD (SINGLE INSTRUCTION SINGLE DATA) Conhecido como fluxo único de instruções sobre um único conjunto de dados é o casodas máquinas convencionais com uma CPU. Essa arquitetura é conhecida também comoVon Neumann. A Figura 1 demonstra essa arquitetura SISD. Figura 1 - Arquitetura SISD (UFV, 2008) SIMD (SINGLE INSTRUCTION STREM MULTIPLE DATA STREAM)Corresponde ao caso das arquiteturas vetoriais onde a mesma operação é executadasobre múltiplos operandos. A Figura 2 demonstra essa arquitetura SIMD. http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  3. 3. MISD (MULTIPLE INSTRUCTION STREAM SINGLE DATA STREAM) Um pipeline de processadores seria um caso aonde os dados vão sendo processados epassados para o processador seguinte. A proposta de implementação que mais seaproxima desta categoria é a da máquina de fluxo de dados. A Figura 3 demonstra essaarquitetura MISD. MIMD (MULTIPLE INSTRUCTION STREAM MULTIPLE DATA STREAM) Os multiprocessadores são um caso onde várias instruções podem ser executadas aomesmo tempo em unidades de processamento diferentes controladas por unidades decontrole independentes (uma para cada unidade de processamento). A Figura 4 demonstraessa arquitetura MIMD. http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  4. 4. APLICAÇÃO DO USO DA ARQUITETURA PARALELA PROCESSADORES VETORIAIS Processadores vetoriais ou processamento vetorial é definido como aplicação deoperações aritméticas/lógicas sobre vetores, ao invés de operações sobre pares de dadosou dados escalares. Ela possui as seguintes características: reduz o custo de manutenção de estruturas decontrole para laços de processamento; reduz conflitos de acesso à memória; pode seraplicado juntamente com conceitos de pipeline; em geral tem um aumento de desempenhoda ordem de 10 a 20 vezes quando comparado com máquinas escalares; aumenta oscustos de hardware; aumenta os custos de compilação do código (vetorização). A seguirna Figura 6, demonstra a arquitetura dos processadores vetoriais (HOCHULI; GENARI,2008). MULTIPROCESSADORES SIMÉTRICOS
  5. 5. Estes ambientes são conhecidos como arquiteturas de compartilhamento total, sãocaracterizadas por até dezenas de processadores compartilhando os mesmos recursoscomputacionais e rodando um único sistema operacional. Os processadores sãoconsiderados simétricos porque têm os mesmos custos para acesso à memória principal. A utilização de SMP é mais popular do que se imagina. Este tipo de máquina éencontrado facilmente em grande parte das organizações de hoje e também vem ganhandoespaço em áreas menores, reflexo da redução de custos destes equipamentos. Um problema desta arquitetura é sua escalabilidade, pois com o aumento do númerode processadores a taxa de colisão de acesso à memória também cresce, sendonecessário a utilização de soluções de memórias de cache e globais, que serão vistos àfrente. A seguir na Figura 7 demonstra a arquitetura dos multiprocessadores simétricos(GOVERNO ELETRONICO, 2008). MÁQUINAS MACIÇAMENTE PARALELAS Como o próprio nome já diz, essas máquinas almejam o alto desempenho através dautilização de um grande número de processadores comerciais, os quais, devido ao fator docusto, acabam sendo processadores de baixo ou médio poder computacional. Cada nó possui uma memória local com um espaço de endereçamento próprio. Assimcada nó só tem acesso a sua própria memória, o que a caracteriza como uma máquinaNORMA. Assim, a comunicação entre as máquinas é feita através de troca de mensagens.A seguir na Figura 8 demonstra a arquitetura das máquinas maciçamente paralelas(OMÊNA, 2008). http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  6. 6. Figura 8 – Máquinas Maciçamente Paralelas (CAVALHEIRO, 2008) MÁQUINAS COM MEMÓRIA COMPARTILHADA DISTRIBUÍDA São sistemas que apesar das memórias estarem fisicamente separada, todos osprocessadores podem endereçar as memórias de todos os nós devido ao fato de que foiimplementado um espaço único de endereçamento (que pode ter sido feita tanto emhardware como em software). A seguir na Figura 9 demonstra a arquitetura das Máquinascom memória compartilhada distribuída (CAVALHEIRO, 2008). Figura 9 – Máquinas com memória compartilhada distribuída (CAVALHEIRO, 2008) REDE DE ESTAÇÕES DE TRABALHO Basicamente as máquinas NOW utilizam uma rede local (normalmente Ethernet ouATM), já existente, para a execução de aplicações paralelas. Pois a rede local pode servista como uma máquina paralela em que vários processadores, com suas memóriaslocais (estações de trabalho), é interligado por uma rede, o que a torna uma máquinaNORMA de custo quase nulo. A diferença da NOW para as MPP é na hierarquia de barramento utilizada nas estações,por possuir um disco local (DL) nos nós e na rede de interconexão. Essas diferenças vêm
  7. 7. do fato de que a rede local ter sido planeja para um tipo diferente de aplicações paralelas(compartilhar arquivos e acessar periféricos remotos, como a impressora). Uma das dificuldades encontrada nessa troca de função é a rede de interconexão.Redes como Ethernet e ATM não são otimizadas para aplicações paralelas, que gera umaalta latência nas operações, o que compromete o desempenho da máquina como um todo.A seguir na Figura 10 demonstra a arquitetura das Máquinas com memória compartilhadadistribuída (CAVALHEIRO, 2008). Software para Processamento Paralelo Processamento Paralelo é a ligação de vários computadores para realizar uma tarefa,tecnicamente ,é um sistema de inter-conexão de vários nós de processamento, de maneiraque um processo de grande consumo, seja executado no nó mais disponível ou mesmosubdividido por vários nós”. O Processamento Paralelo distribui as tarefas para cadaprocessador envolvido nesta interconexão de nós. O objetivo de um sistema deProcessamento Paralelo é obter agilidade, ganho de tempo na realização de uma grandetarefa no qual será feita uma divisão na distribuição das tarefas para cada nó. É importanteressaltar que, o Processamento Paralelo nada mais é que uma rede de várioscomputadores interconectados, utilizada em diferentes tipos de topologia a qual permiteadicionar ou desfazer a conexão com um dos nós, logicamente a retirada de um dos nósocorre quando há danos ou interferências. A vantagem de usar um processamentoParalelo é obter um alto desempenho em tarefas que são consideradas pesadas narealização de computadores individuais. (Figura 1: Ilustração de nós em Processamento Paralelo – Wikipédia) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  8. 8. Funcionamento do Processo Paralelo Em uma rede na qual trabalha usando sistema de Processamento Paralelo épermitido a instalação de um único tipo de Sistema Operacional, sendo assim se em umcomputador for instalado o Linux, então será necessário que todos demais computadoresoperem com o mesmo software, [2]isto porque existe particularidades em cada sistemaoperacional que poderiam impedir o bom funcionamento do cluster. O software instaladoterá a função: • Detectar erros e defeitos; • Oferecer meios de reparos; • Realizar a distribuição do processamento. (Figura 2: Arquitetura de um Processamento Paralelo) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  9. 9. O computador principal é chamado de “Gerente de Tarefas”, que tem a função dedistribuir as tarefas para os nós ou nodos, que por sua vez processam as informações e oresultado obtido retorna para o “Gerente de tarefas”. Os três tipos de Processamento Paralelo São três os tipos de processamento Paralelo, com Swar (Simd Withn a Register),SMP (Symetric Multi Processor) ou com cluster Beowulf.Swar (Simd Withn a Register) Trabalha com programa de baixo nível; Usa processador MMX; Trabalha com apenasum processador.SMP (Symetric Multi Processor) São computadores com mais de um processador em uma mesma placa mãe;Compartilham o mesmo BUS e a mesma memória. (Figura 3: Arquitetura de ProcessamentoParalelo SMP) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  10. 10. 1 Processamento Paralelo com cluster Beowulf Esse modelo de processamento com Beowulf é caracterizado pelo agrupamento devários computadores individuais denominados “nós escravos” sendo gerenciados pelocomputador Funcionamento Ocorre através da instalação de um conjunto de computadores sem teclado, mousee monitor, conectados em uma rede por meio de Switch e uma Linguagem de instruçõesque fará a troca de dados, rodando em uma plataforma GNU/Linux, conectados a umservidor que será o gerenciador que irá distribuir tarefas, conforme ilustra figura abaixo.(Figura 4: Arquitetura de Processamento Paralelo) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/1
  11. 11. GNU/Linux O Linux é a plataforma de sistema Operacional mais utilizada, justamente porquecontem ferramentas que permitem a alteração e adaptação do Kernel para melhordesempenho nas atividades e aplicações que deverá desenvolver. (Figura 5: PlataformaLinux )As vantagens: • Capacidade de processamento de grandes tarefas; • Agilidade no processamento; • Bom desempenho e performance nas atividades; • Baixo custo (utilização de hardware popular e software aberto). Serviços realizados pelo Processamento Paralelo Beowulf• Para computação cientifica ou análises financeiras;• Na indústria cinematográfica para renderização de gráficos de altíssima qualidade eanimações Ex: [3]Titanic, onde 105 computadores montados em uma rede local de altavelocidade, equipados com sistema operacional gratuito (Linux),utilizados para realizarrenderização das imagens. • [4] apresenta um sistema de processamento Beowulf realizado pela IBM, cada umcontendo 2 processadores, 512 MB de RAM e uma interface de rede gigabit Ethernet,similares a um PC doméstico. Esses módulos foram agrupados em racks (chamados denós), cada um com 512 racks, interligados por uma complexa malha de cabos de rede,rodando um software próprio de gerenciamento. (conforme figura 6). (Figura 6:Processamento Paralelo Beowolf) http://informaticaentretenimento.blogspot.com/
  12. 12. Fonte: • http://knol.google.com/k/arquitetura-paralela-ou-computa%C3%A7%C3%A3o-paralela# 18/08/2011 • http://caim.hd1.com.br/fenixcont.html 23/08/2011 Acesse o blog abaixo: E seja bem vindo! Temos curso online http://informaticaentretenimento.blogspot.com/

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