Apresentação abordando sobre Sincronização baseada no livro: Distributed Systems: Principles and Paradigms. TANENBAUM, A. S; STEEN, M. van e Uma outra parte dedicada a memória compartilhada distribuída DSM

1. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
11 de outubro de 2012
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

2. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
1
Introdu¸˜o
ca
2
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Rel´gios f´
o
ısicos
Rel´gios l´gicos
o
o
3
Exclus˜o M´tua
a
u
Algoritmo centralizado
Algoritmo distribu´
ıdo
Algoritmo token ring
4
DSM
Classifica¸˜o DSM
ca
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Implementa¸˜es DSM em n´ de Software
co
ıvel
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
5
DSM
Bibliografia
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

3. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Sincroniza¸˜o
ca
Gerenciamento que deve ocorrer quando existe comunica¸˜o entre
ca
v´rios dispositivos.
a
Sincroniza¸˜o em monoprocessadores, multiprocessadores e sistemas
ca
distribu´
ıdos.
Recursos compartilhados.
Ordena¸˜o de eventos.
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

4. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios
o
Monitorar o tempo.
Rel´gio = Temporizador.
o
Contador, registrador de contador, registrador de reten¸˜o e ciclo de
ca
rel´gio.
o
Facilidade de sincroniza¸˜o em um sistema cetralizado.
ca
Exemplo do programa make.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

5. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Rel´gios f´
o
ısicos
Rel´gio f´
o
ısico
Fazer os n´s estarem em acordo em uma hora real comum.
o
Problema de defasagem de rel´gio.
o
Como sincronizar rel´gios f´
o
ısicos com rel´gios do mundo real?
o
Como sincronizar os rel´gios um com outro?
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

6. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios f´
o
ısicos
Como o tempo ´ medido?
e
Trˆnsito solar - Dia solar - Segundo solar
a
A Terra est´ desacelerando devido ao atrito das mar´s e ao arraste
a
e
atmosf´rico.
e
Segundo solar m´dio.
e
(1948) ´tomo de c´sio 133, 1segundo = 9.192.631.770 transi¸˜es do
a
e
co
´tomo.
a
Bureau International de l’Heure (BIH) e International Atomic Time
(TAI), ciclos de rel´gio de c´sio 133 desde a meia noite de 1o janeiro
o
e
1958.
A discrepˆncia entre a hora TAI e a hora solar alcan¸a no m´ximo
a
c
a
800ms.
A introdu¸˜o dos segundos extras no TAI ´ denominado hora
ca
e
coodernada universal( Universal Coordinated Time - UTC).
Para fornecer UTC a quem precisa da hora exata, o National
Institute of Standard Time (Nist) opera uma esta¸˜o de r´dio de
ca
a
ondas curtas cujo prefixo ´ WWV.
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

7. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios f´
o
ısicos
Algoritmos de sincroniza¸˜o de rel´gios
ca
o
Cada m´quina deve ter um temporizador que provoca uma
a
interrup¸˜o H vezes por segundo.
ca
Suponha que a hora UTC ´ t, ent˜o o valor do rel´gio de uma
e
a
o
m´quina p ´ Cp (t)
a
e
Idealmente teriamos Cp (t) = t para todo p e todo t, assim seria
ideal que Cp (t) = dC /dt fosse 1.
Cp (t) ´ denominado frequˆncia do rel´gio de p no tempo t, assim
e
e
o
Cp (t) − 1 denota a magnitude da diferen¸a entre a frequˆncia do
c
e
rel´gio p e de um perfeito.
o
Sabemos temporizadores reais n˜o interrompem exatamente H vezes
a
por segundo, em chips modernos existe um erro relativo de
aproximadamente 10−5 .
1−ρ≤
dC
dt
≤1+ρ
ρ ´ uma constante especificada pelo fabricante que indica a taxa
e
m´xima de deriva.
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

8. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios f´
o
ısicos
-dC/dt > 1
-dC/dt = 1
Re
lóg
io
ad
ian
tad
o
Hora do relógio, C
l
Re
io
óg
Re
pe
t
ei
rf
io
ló g
o
a tr
a
as
do
T2
B
-dC/dt < 1
A
T1
UTC, t
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
T3
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
T4

9. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios f´
o
ısicos
Network time protocol (NTP)
Protocolos propostos Cristian (1989) ´ deixar que os clientes
e
consultem um servidor de tempos. Assim surgir˜o problemas de
a
atrasos.
Suponha que A fa¸a uma requis˜o de hora B, como mostrado na
c
a
fingura anterior temos que:
θ = T3 − δ
δ=
(T2 −T1 )+(T4 −T3 )
2
Onde θ indica o deslocamento estimado de A em rela¸˜o a B e δ ´ o
ca
e
atraso estimado
S˜o armazenados oito pares de valores (θ, δ).
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

10. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Rel´gios f´
o
ısicos
Figura: Topologia do NTP, imagem extra´ do Wikepedia
ıda
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

11. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios f´
o
ısicos
Algoritmo de Berkeley
Daemon de tempo
3:00
3:00
3:00
3:05
+5
3:00
-10
2:50
0
3:25
2:50
+25
3:25
+15
3:05
-20
3:05
Figura: Funcionamento do algoritmo de Berkeley
Diferente do NTP em que o servidor ´ passivo, o servidor agora ´
e
e
ativo.
Utilizado para sincroniza¸˜o de um grupo de computadores internos
ca
que podem n˜o estar conectados a nenhum receptor WWV.
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

12. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Rel´gios l´gicos
o
o
Rel´gios l´gicos
o
o
N˜o importa o tempo real, o que importa ´ que os n´s da rede
a
e
o
concordem entre si de uma hora relativa.
Em um seu artigo cl´ssico Lamport (1978) mostra que o que
a
importa ´ ordem dos eventos.
e
No exemplo do make, o que ´ se input.c ´ mais ou velho ou mais
e
e
novo que o input.o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

13. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Rel´gios l´gicos
o
o
Rel´gios l´gicos de Lamport
o
o
Rela¸˜o do acontece antes. a → b, implica que o evento a ocorre
ca
antes de b
Se dois eventos x e y n˜o trocam mensagens, eles s˜o definidos
a
a
como concorrentes.
Denomianos C (a) como sendo o valor do tempo do evento a, assim
se a → b, ent˜o todos os processos devem concordar que
a
C (a) < C (b)
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

14. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Rel´gios l´gicos
o
o
Rel´gios l´gicos de Lamport
o
o
P1
P2
P3
0
0
0
6 m1 6
8
10
6
12
16
20
18
24 m2 30
24
32
40
30
40
50
36
6
48 m3 60
6
6
42
56
70
48 m4 64
80
54
72
90
60
80
100
P1
P2
P3
0
0
0
6 m1 6
8
10
6
12
16
20
18
24 m2 30
24
32
40
30
40
50
36
6
48 m3 60
6
6
42
61
70
48 m4 69
80
70
77
90
76
85
100
Figura: Funcionamento do rel´gio de Lamport
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

15. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Exclus˜o M´tua
a
u
Trabalhar com concorrˆncia entre v´rios processos.
e
a
Controlar acesso a um mesmo recurso.
Os algoritmos distribu´
ıdos de exclus˜o m´tua podem ser
a
u
classificados em duas categorias diferentes:
Solu¸oes baseadas em ficha.
c˜
Abordagem baseada em permiss˜o.
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

16. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Algoritmo centralizado
Algoritmo centralizado
0
1
Requisição
2
0
1
3
2
0
Requisição
OK
Fila vazia
3
Coodernador
1
Liberação
Nenhuma resposta
Ou bloqueio
2
OK
3
2
Figura: Funcionamento do algoritmo centralizado
Um processo ´ eleito como coordenador.
e
Sempre que um processo quiser acessar um recurso compartilhado,
envia uma mensagem de requisi¸˜o ao coordenador.
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

17. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Algoritmo distribu´
ıdo
Algoritmo distribu´
ıdo
Acessa
recurso
8
0
8
1
0
8
12
12
2
OK
12
1
0
OK
OK
2
OK
1
2
Acessa
recurso
Figura: Funcionamento do algoritmo centralizado
Proposto originalmente por Ricart e Agrawala (1981).
Requer que haja uma ordena¸˜o total de todos os eventos no
ca
sistema. Pode-se usar o algoritmo de Lamport para conseguir essa
ordena¸˜o.
ca
Requer entrega confi´vel de dados.
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

18. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Algoritmo distribu´
ıdo
Quest˜es do algoritmo distribu´
o
ıdo
O algoritmo requer um n´mero de 2(n − 1) mensagens , onde n ´
u
e
n´mero de n´s do sistema.
u
o
Existem agora n pontos de falha. Isto pode ser consertado utilizando
sempre uma resposta a uma requisi¸˜o, junto com utiliza¸˜o de um
ca
ca
temporizador.
´
E preciso um controle dos n´s que entram e sai do sistema, isso
o
pode ficar d´
ıficil quando o n ficar muito grande.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

19. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Algoritmo token ring
Token ring
Figura: Topologia em anel
Monta em software um rede em anel. A ficha de acesso ao recurso
roda nesse anel.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

20. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Algoritmo token ring
Quest˜es do algoritmo token ring
o
Se a fichas se perder, precisa ser regenerada.
Manuten¸˜o da rede em anel.
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

21. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Introdu¸˜o
ca
Combina as vantagens de duas classes de sistemas, sistemas de
compartilhamento de mem´ria, tendo uma mem´ria global f´
o
o
ısica,
igualmente acess´ para todos os processadores do sistema e
ıvel
sistemas de mem´ria distribu´ que consiste em m´ltiplos
o
ıda
u
processadores se comunicando por meio passagem de mensagem.
Seus principais objetivos s˜o desenvolver algoritmos para minimizar
a
o tempo m´dio de acesso aos dados compartilhadas, enquanto
e
mant´m os dados consistentes.
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

22. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Introdu¸˜o
ca
Figura: Estrutura de uma DSM [Nitzberg and Lo 1991]
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

23. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Introdu¸˜o
ca
Figura: Disciplinas que envolvem DSM [Protic et al. 1995]
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

24. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Classifica¸˜o DSM
ca
N´ de implementa¸˜o DSM
ıvel
ca
Hardware.
Software.
Sistema operacional.
Dentro do kernel.
Fora do kernel.
Bibliotecas com rotinas incluidas em tempo de execu¸˜o.
ca
Primitivas inseridas no compilador.
Combina¸˜o hardware/software.
ca
Solu¸˜es em hardware fornece baixa latˆncia e tranparˆncia para o
co
e
e
programador.
Solu¸˜es em software permitem explorar melhor o compartamento
co
da aplica¸˜o.
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

25. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Classifica¸˜o DSM
ca
Configura¸˜o da arquitetura
ca
O mecanismo DSM ´ usualmente organizado em um conjunto de
e
clusters conectados por uma rede de interconex˜o.
a
Configura¸˜o de cluster: com um ou v´rios processadores, unico
ca
a
´
ou m´ltiplo n´ de cache.
u
ıves
Rede de interconex˜o: hierarquia em barramento, anel, mech,
a
hipercubo, etc.
Configura¸˜o de cluster s˜o mais importantes para abordagens em
ca
a
hardware e mais transparente para as de software.
Solu¸˜es em sofware trabalham mais em cima de conex˜es Ethernet,
co
o
enquanto hardware em barramento e mesh.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

26. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Classifica¸˜o DSM
ca
Organiza¸˜o dos dados compartilhados
ca
Representa o layout global do espa¸o de endere¸amento
c
c
compartilhado, tal como o tamanho e a organiza¸˜o dos itens de
ca
dados.
Estrutura do dado compartilhado: N˜o estruturado, estruturado
a
em objetos, etc.
Granularidade da unidade de coerˆncia: Palavra, bloco cache,
e
p´gina, complexa estrutura de dado.
a
Hardware trabalha mais com objetos de dados n˜o estruturados
a
tipicamente blocos de cache
Software trabalha com estruturas l´gicas.
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

27. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Classifica¸˜o DSM
ca
Algoritmos DSM
S˜o utilizadas duas estrat´gias para distribui¸˜os de dados
a
e
ca
compartilhados s˜o replica¸˜o e migra¸˜o
a
ca
ca
Algoritmo SRSW(Single reader/Single writer): Em sua maioria
permite a utiliza¸˜o de migra¸˜o.
ca
ca
Algoritmo MRSW(Multiples readers/Single writer): Utiliza
replica¸˜o por leitura para reduzir o acesso m´dio de leituras
ca
e
Algoritmo MRMW(Multiples readers/Mutpliples writers):
Utiliza replica¸˜o total agora todos os n´s da rede podem ler ou
ca
o
escrever.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

28. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Classifica¸˜o DSM
ca
Parˆmetros dos algoritmos DSM
a
Responsibilidade do gerenciador DSM: Indica o local onde a
manuten¸˜o de consistˆncias devem ser manipuladas, exemplos s˜o
ca
e
a
centralizado, distribu´
ıdo/fixo e distribu´
ıdo/dinˆmico.
a
Pol´
ıtica de coerˆncia: Estabelece uma regra para manter as c´pias
e
o
dos dados com as mesmas informa¸˜es, pode ser feito por:
co
Escrita-invalida¸˜o: Nesse caso uma escrita no dado, invalida as
ca
demais c´pias deixando-as inacess´
o
ıveis.
Escrita-atualiza¸˜o: Nesse caso uma escrita em um dado, causa
ca
uma atualiza¸˜o das demais c´pias.
ca
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

29. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Classifica¸˜o DSM
ca
Parˆmetros dos algoritmos DSM
a
´
Modelos de consistˆncia: E um modelo que especifica como ser´
e
a
feita a consistˆncia do sistema. Alguns deles s˜o:
e
a
Estrita: Qualquer opera¸˜o sobre uma vari´vel x ´ aplicada ao valor
ca
a
e
mais recente dessa vari´vel. totalmente invi´vel em sistemas
a
a
distribu´
ıdo.
Sequencial Definido pela primeira vez por Lamport (1979) no
contexto de mem´ria compartilhada para multiprocessadores. O que
o
importa nesse modelo ´ que todos os processos vejam a mesma
e
intercala¸˜o de opera¸oes.
ca
c˜
Processador: Escritas locais do processador deve ser vista na mesma
ordem pelos outros processadores.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

30. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Classifica¸˜o DSM
ca
Figura: Com concistˆncia estrita / Sem concistˆncia estrita
e
e
Figura: Com concistˆncia sequencial / Sem concistˆncia sequencial
e
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

31. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Classifica¸˜o DSM
ca
Figura: Com concistˆncia de processador / Sem concistˆncia de processador
e
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

32. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DSM em hardware
Extendem princ´
ıpios encontrados em esquemas tradicionais de
coerˆncia de cache.
e
A unidade de compartilhamento ´ pequena tipicamente em n´ de
e
ıvel
cache.
Alguns dos principais grupos de implementa¸˜o s˜o:
ca a
CC-NUMA (Cache Coherent Non-Uniform Memory
Architecture)
COMA (Cache-Only Memory Architecture)
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

33. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Figura: Arquitetura UMA
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

34. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Figura: Arquitetura NUMA
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

35. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Figura: Arquitetura CCNUMA
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

36. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DASH (Directory Architecture for Shared Memory)
A pesquisa foi conduzida na universidade de Stanford.
Utiliza a hierarquia de quatro n´
ıveis de mem´ria usando abordagem
o
de diret´rio que controla a coerˆncia atrav´s dos n´s e serve de
o
e
e
o
interface com a rede de conex˜o.
a
Um bloco de mem´ria pode estar em 3 estados:
o
Uncached: Nesse caso o bloco de mem´ria n˜o est´ em qualquer
o
a
a
cluster
Shared: Nesse caso o bloco de mem´ria esta n˜o modificado em um
o
a
ou mais clusters remotos.
Dirty: Modificado em um unico cache de um cluster.
´
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

37. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DASH (Directory Architecture for Shared Memory)
Figura: Arquitetura DASH [Lenoski et al. 1992]
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

38. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DASH (Directory Architecture for Shared Memory)
Figura: Hierarquia de mem´ria DASH [Lenoski et al. 1992]
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

39. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DASH processo de leitura
Processor level: Checa se a requisi¸˜o pode resolvida a n´ de
ca
ıvel
processador, caso contr´rio fa¸a requisi¸˜o para n´ cluster local.
a
c
ca
ıvel
Local cluster level: Da mesma forma checa se a requisi¸˜o pode
ca
ser satisfeita no n´ do cluster local, caso contr´rio a requisi¸˜o ´
ıvel
a
ca e
passada para o home cluster.
Home cluster level: Checa o estado do diret´rio, enquanto procura
o
na mem´ria principal o bloco procurado, se o bloco foi encontrado
o
limpo, ent˜o o dado ´ devolvido ao requisitante , mas o dado estiver
a
e
em estado de dirty uma requisi¸˜o ´ enviada ao cluster remoto pelo
ca e
diret´rio.
o
Remote cluster level: O cluster remoto com a data retorna uma
resposta com uma c´pia do dado(seu bloco passa de dirty para
o
shared) para diret´rio requisitante que escreve de volta no home
o
cluster para atualizar a mem´ria principal e finalmente ´ devolvido
o
e
para o processador requisitante.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

40. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DASH processo de escrita
Processor level: Se o bloco do processador est´ em estado de dirty,
a
ent˜o ele pode escrever imediatamente, caso contr´rio ele faz um
a
a
requisi¸˜o de leitura exclusiva ao cluster local.
ca
Local cluster level: Se um dos caches locais possui o bloco de
mem´ria ent˜o a leitura exclusiva ´ transferida via cache-para-cache,
o
a
e
se o bloco n˜o estiver presente, uma requisi¸˜o ´ passada para o
a
ca e
home cluster.
Home cluster level: O home cluster pode satisfazer a requisi¸˜o de
ca
blocos uncached ou shared, se os dados estiverem em shared, todas
as demais c´pias devem ser invalidadas por meio de requisi¸˜es de
o
co
invalida¸˜o, se o bloco estar dirty, a requis˜o de leitura exclusiva
ca
a
deve ser passada para o cluster remoto.
Remote cluster level: Se requisi¸˜es de invalida¸˜o foram feitas, os
co
ca
n´s geram reconhecimentos, se o dado era dirty ent˜o a leitura
o
a
exclusiva ´ repassada.
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

41. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
COMA (Cache Only Memory Architecture)
Particionamento dinˆmico dos dados organizado em caches de n´
a
ıvel
2 (attraction memory)
A unidade de coerˆncia ´ chamada de item
e
e
N˜o existe localiza¸˜o f´
a
ca ısica predeterminada para um item de dado,
ele ´ mapeado para m´tiplos attractions memorys.
e
u
Pode se adaptar melhor do que o NUMA ao compartamento de um
aplica¸˜o.
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

42. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Figura: Arquitetura COMA [Hagersten et al. 1992]
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

43. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DDM (Data Diffision Machine)
A distribui¸˜o e coerˆncia de data entre as attractions memorys ´
ca
e
e
controlado por um protocolo snooping na above memory.
A interface entre o processador e a attraction memory ´ feita pelo
e
protocolo memory below.
Cada item tem um estado associado.
Para coerˆncia utiliza ´ met´do de invalida¸˜o.
e
e
o
ca
Utiliza met´do de substitui¸˜o quando o attraction memory est´
o
ca
a
cheio.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

44. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
Figura: Arquitetura DDM [Hagersten et al. 1992]
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

45. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DDM estados do item
Invalid: Esse subsistema n˜o cont´m o item.
a
e
Exclusive: Apenas esse subsistema cont´m o item.
e
Shared: Esse subsistema e possivelmente outros cont´m o item.
e
Reading: Esse subsistema est´ esperando por o valor de dado ap´s
a
o
ter feito uma requisi¸˜o de leitura.
ca
Waiting: Esse subsistema est´ esperando se tornar exclusivo ap´s
a
o
uma requisi¸˜o de exclus˜o
ca
a
Reading-and-Waiting Esse subsistema est´ esperando um valor de
a
dado, para depois se tornar exclusivo.
Answering Esse subsistema prometeu responder uma requisi¸˜o de
ca
leitura.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

46. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Hardware
co
ıvel
DDM transa¸˜es no barramento
co
Erase: Apagar todas as c´pias desse item.
o
Exclusive: Gera um reconhecimento de uma requisi¸˜o de exclus˜o.
ca
a
Data: Transporta um dado requisitado para leitura.
Gerados por substitui¸˜o:
ca
Inject: Transporta uma unica c´pia de um item e procura por um
´
o
subsistema para move-lo.
Out: Transporta o item para sa´ do subsistema.
ıda
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

47. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Software
co
ıvel
DSM em software
As implementa¸˜es no n´ de software s˜o parecidas com m´todos
co
ıvel
a
e
de gerenciamento de mem´ria, exceto na quest˜o da falta de uma
o
a
p´gina que ´ resolvida em um cluster remoto, ao inv´s de um
a
e
e
dispositivo secund´rio de armazenamento.
a
Implementa¸˜o em compilador:
ca
O paradigma DSM ´ aplicado uma linguagem de programa¸˜o
e
ca
paralela.
O espa¸o de endere¸amento ´ l´gico, portanto pode ser um tipo de
c
c
e o
vari´vel no c´digo fonte.
a
o
Implementa¸˜o em bibliotecas de linguagens
ca
Implementa¸˜o em SO (dentro do kernel)
ca
Implementa¸˜o em SO (fora do kernel)
ca
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

48. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM em n´ de Software
co
ıvel
Munin
Foi implementado em cima de uma rede Ethernet na esta¸˜o de
ca
trabalho da Sun, utilizando o ambiente de programa¸˜o paralela
ca
Presto para C++ [Bennett et al. 1990].
Tem objetivo de criar um ambiente para que o programador tenha
uma ilus˜o de compartilhamento de mem´ria.
a
o
Munin trata a cole¸˜o de todas as mem´rias no sistema distribu´
ca
o
ıdo
como um espa¸o unico endere¸o, com coerˆncia imposta pelo
c ´
c
e
software.
O tratamento de falha de mem´ria ´ semelhante ao que no
o e
gerenciamento de mem´ria virtual.
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

49. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM em n´ de Software
co
ıvel
Munin tipos de objeto
Write-once Objects: S˜o escritos somente durante a inicializa¸˜o,
a
ca
s˜o suportados via replica¸˜o que pode gerar problemas para objetos
a
ca
largos.
Private Objects: N˜o precisam de gerenciamento.
a
Write-many Objects: S˜o frequentementes modificados por
a
m´tiplas threads. Utiliza o met´do de atualiza¸˜o atrasada.
u
o
ca
Synchronization Objects: S˜o controlados por lock distribu´
a
ıdos.
Read-mostly Objects: S˜o objetos que s˜o muito mais lidos do
a
a
que escritos, utiliza broadcast para gerenciamento.
Producer-consumer Objects:Utiliza o movimento do objeto
ansioso.
General read-write Objects: Utilizam Berkeley Ownership cache
consistency protocol para gerenciamento.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

50. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
DSM hibr´
ıdo
O gerenciamento do DSM agora ´ divido entre o hardware e
e
software.
A integra¸˜o de met´dos de software e hardware, para gerenciamento
ca
o
de DSM, e v´rios modelos de consitˆncia, parece ser a abordagem
a
e
mais promissora para o futuro da DSM [Protic et al. 1995]
Exemplo PLUS: Em n´ de hardware temos mapeamento global
ıvel
da mem´ria, gerenciamento de coerˆncia e opera¸˜es atˆmicas,
o
e
co
o
enquanto p´ginas que residem em espa¸o de endere¸amento virtual
a
c
c
podem ser replicadas ou migradas em n´ de software, mantido
ıvel
pela sistema operacional.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

51. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
DSM FLASH
FLASH(Flexible Architecture For Shared) sistema de
mutiprocessador foi desenvolvido na universidade de Stanford, Palo
Alto, California.
Busca fazer uma integra¸˜o entre coerˆncia de cache de
ca
e
compartilhamento de mem´ria e passagem de mensagens.
o
Para isso foi construido um controlador personalizado chamado
MAGIC(Memory And General Interconnect Controller).
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

52. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
Figura: Arquitetura de um n´ FLASH [Kuskin et al. 1994]
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

53. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
Protocolo de coerˆncia de cache
e
Utiliza ponteiro de aloca¸ao dinˆmica.
c
a
Estruturas:
Memory lines de 128 bytes associado a um directory header que ´
e
regi˜o cont´
a
ıgua da mem´ria principal exclusivamente para coerˆncia
o
e
de cache.
Cada directory header cont´m um link para a lista de
e
compartilhadores e flags booleanas.
O primeiro elemento da lista de compartilhadores fica no pr´prio
o
directory header, para facilitar o acesso.
Se um bloco de mem´ria ´ cached por mais de um processador,
o e
ent˜o um mem´ria adicional ´ colocada em um pointer/link store
a
o
e
p/l s s˜o alocados tamb´m em mem´ria cont´
a
e
o
ıgua da mem´ria
o
principal, cada elemento cont´m um link para o processador
e
compartilhador, um para o pr´ximo e o para o fim.
o
O free list ´ utilizado para saber quais registros do p/ l s est˜o
e
a
disp´nives.
o
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

54. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
Figura: Estruturas do protocolo de coerˆncia [Kuskin et al. 1994]
e
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda
Bibliografia

55. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
Controle de deadlock
O protocolo divide as mensagens em requisi¸˜o e ´espostas. Utiliza
ca
r
uma rede l´gica que separa resposta e requisi¸˜o.
o
ca
Evita ciclos de requisi¸˜o-requisi¸˜o, requisi¸˜es que n˜o podem ser
ca
ca
co
a
descartadas por reconhecimentos negativos, assim elas s˜o tornadas
a
respostas.
Execu¸˜es dos manipuladores do MAGIC devem ser completos,
co
assim ´ feito em n´ de software uma fila que suspende partes de
e
ıvel
mensagem e escolona para depois.
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
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ca
o
ıda

56. Introdu¸˜o
ca
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ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Implementa¸˜es DSM hibr´
co
ıdo
Passagem por mensagem
MAGIC funciona com interface para o processo usu´rio.
a
Funciona em trˆs opera¸˜es: inicializa¸˜o,transferˆncia e
e
co
ca
e
recep¸˜o/conclus˜o.
ca
a
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
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ca
o
ıda
Bibliografia

57. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Bibliografia
Bennett, J., Carter, J., and Zwaenepoel, W. (1990). Munin:
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coherence, volume 25. ACM
Hagersten, E., Landin, A., and Haridi, S. (1992). Ddm-a cache-only
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Kuskin, J., Ofelt, D., Heinrich, M., Heinlein, J., Simoni, R.,
Gharachorloo, K., Chapin, J., Nakahira, D., Baxter, J., Horowitz,
M., et al. (1994). The stanford flash multipro- cessor. In Computer
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Symposium on, pages 302–313. IEEE.
Lenoski, D., Laudon, J., Gharachorloo, K., Weber, W., Gupta, A.,
Hennessy, J., Horowitz, M., and Lam, M. (1992). The stanford dash
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Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
ca
o
ıda

58. Introdu¸˜o
ca
Sincroniza¸˜o de R´logios
ca
e
Exclus˜o M´tua
a
u
DSM
Nitzberg, B. and Lo, V. (1991). Distributed shared memory: A
survey of issues and algorithms. Computer, 24(8):52–60.
Protic, J., Tomasevic, M., and Milutinovic, V. (1995). A survey of
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Proceedings of the Twenty-Eighth Hawaii International Conference
on, volume 1, pages 74–84. IEEE.
Distributed Systems: Principles and Paradigms. TANENBAUM, A.
S; STEEN, M. van
Jo˜o Gon¸alves Filho
a
c
Sincroniza¸˜o e Mem´ria compartilhada distribu´
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Bibliografia