Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Przetwarzanie równoległe i rozproszone

Krzysztof Banaś

[e-mail]

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Motywacja

Po co przedmiot „Przetwarzanie równoległe i rozproszone” ?

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Motywacja

➔

Rozwój sprzętu komputerowego:



procesory wielordzeniowe



komputery wieloprocesorowe



klastry



sieci

➔

Rozwój systemów komputerowych:



symetryczna wieloprocesorowość



rozproszone systemy operacyjne



rozproszone systemy plików



programy usługowe warstwy pośredniej (middleware)

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Motywacja

➔

Rozwój programów użytkowych



architektura klient­serwer



programy peer­to­peer



programy równoległe



programy gridowe

➔

Korzyści z przetwarzania równoległego i rozproszonego



zwiększenie stopnia wykorzystania sprzętu



zwiększenie wydajności programów



zwiększenie niezawodności systemów

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Historia i pojęcia wstępne

➔

Współbieżność



realizacja wielu programów (procesów) w taki sposób, że ich 

trwanie od momentu rozpoczęcia do momentu zakończenia 

może się na siebie nakładać



współbieżność pojawiła się wraz z wielozadaniowymi 

systemami operacyjnymi (lata 60­te, Multics – 1965) i nie 

wymusza równoległości



współbieżność związana jest z szeregiem problemów 

teoretycznych wynikłych z prób realizacji wielozadaniowych 

systemów operacyjnych



istnieje wiele mechanizmów niskiego poziomu (systemowych) 

do rozwiązywania problemów współbieżności

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Historia i pojęcia wstępne

➔

Obliczenia równoległe:



dwa lub więcej procesów (lub wątków) jednocześnie 

współpracuje (komunikając się wzajemnie) w celu rozwiązania 

pojedynczego zadania (najczęściej z określonej dziedziny 

zastosowań)



rozwój związany z powstaniem w latach siedemdziesiątych 

komputerów równoległych



problemy obliczeń równoległych (poza klasycznymi 

zagadnieniami współbieżności) są najczęściej związane z 

konkretną dziedziną zastosowań 



obliczenia równoległe są silnie związane z dziedziną obliczeń 

wysokiej wydajności (i obliczeniami naukowo­inżynierskimi)

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Historia i pojęcia wstępne

➔

Przetwarzanie rozproszone



realizacja programów na systemach wieloprocesorowych z 

zasobami lokalnymi (najczęściej odrębnych komputerach 

połączonych siecią)



rozwój związany z eksplozją Internetu w latach 

osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych



problem wspólnego korzystania z zasobów



luźniejsze powiązanie współpracujących procesów niż w 

przypadku obliczeń równoległych



wykorzystanie infrastruktury sieciowej (protokoły, 

bezpieczeństwo)



znaczenie dla niezawodności przetwarzania

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Problemy współbieżności

➔

Problem podstawowy: rywalizacja w dostępie do 

zasobów komputera. 

➔

Wzajemne wykluczanie:



dwa lub więcej procesów realizuje tzw. sekcje krytyczne – 

fragmenty programu, które mogą być jednocześnie 

wykonywane tylko przez jeden proces



problemem jest rozstrzygnięcie konfliktów przy wejściu do 

sekcji krytycznej i umożliwienie dalszego działania po wyjściu 

z sekcji krytycznej



możliwe błędy:



zakleszczenie



zagłodzenie

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Problemy współbieżności

➔

Problem producentów i konsumentów:



jedna grupa procesów produkuje dane, druga grupa je 

konsumuje – jak zagwarantować sprawny (bez zakleszczeń i 

zagłodzeń) przebieg tej procedury

➔

Problem ucztujących filozofów (pięciu):



filozof: albo je, albo myśli



filozofowie siedzą przy stole, każdy ma talerz, pomiędzy 

każdymi dwoma talerzami leży widelec



na środku stołu stoi misa z spaghetti



problem polega na tym, że do jedzenia spaghetti potrzebne są 

dwa widelce (po obu stronach talerza)



jak zapewnić przeżycie filozofom?

Krzysztof Banaś

Przetwarzanie równoległe i rozproszone.

Narzędzia systemowe

➔

Unix (Linux)



rozwidlanie (tworzenie) procesów – fork(), join()



zarządzanie procesami – przerwania (interrupts)



sterowanie dostępem do sekcji krytycznych – zamki (locks), 

semafory (semaphores)



komunikacja międzyprocesowa – sygnały (signals), łącza 

(links), potoki (pipes), komunikaty (messages), pamięć wspólna 

(shared memory), gniazda (sockets), itp.