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sistemas operativos multiprocesador

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by

jesus guzman briones

on 3 September 2014

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Transcript of sistemas operativos multiprocesador

Sistemas operativos multiprocesador
Definición
Un sistema operativo multiproceso se refiere al número de procesadores del sistema, que es más de uno y éste es capaz de usarlos todos para distribuir su carga de trabajo. Generalmente estos sistemas trabajan de dos formas: simétrica o asimétricamente.
VENTAJAS
· Es económica.
· El uso de componentes comúnmente disponibles, en grandes cantidades, permite ofrecer mayor rendimiento, a un precio menor que el de máquinas con procesadores especialmente diseñados (como por ejemplo las máquinas de procesadores vectoriales y de propósito específico).
· Adicionalmente, las computadoras paralelas son inherentemente escalables, permitiendo actualizarlas para adecuarlas a una necesidad creciente.
· Las arquitecturas “tradicionales” se actualizan haciendo los procesadores existentes obsoletos por la introducción de nueva tecnología a un costo posiblemente elevado. Por otro lado, una arquitectura paralela se puede actualizar en términos de rendimiento simplemente agregando más procesadores.
· En 15 ó 20 años, el rendimiento de los Uniprocesadores llegará a su fin, debido a dos razones: Incrementar el rendimiento conectando uniprocesadores en paralelo, menos costoso que diseñar un nuevo procesador.
· El ritmo de innovación en la endoarquitectura es difícil de mantener indefinidamente.
HISTORIA Y evolución
El origen de los sistemas operativos multiprocesador se remonta a el concepto de trabajo en equipo, el dividir una tarea entre varias unidades de ejecución para que pueda completarse más rápidamente, fue naturalmente llevado al mundo de las computadoras prácticamente desde sus inicios. David Slotnick, quien fuera colaborador de Von Neumann, le hizo la propuesta de una máquina que contara con varias unidades de procesamiento central; sin embargo, al sentir de Von Neumann, la tecnología de la época no permitía la realización de semejante proyecto. Aun así, Slotnick continuó con sus ideas, lo que eventualmente daría origen a la ILLIAC IV (1964), considerada una de las primeras computadoras masivamente paralelas de la historia. En la actualidad, las computadoras más rápidas del mundo son las máquinas masivamente paralelas.
La evolución de los sistemas operativos multiprocesador ha tenido ejemplos claros en sus desarrollos como el siguiente: A inicios de 1981 los sistemas de multiprocesadores fueron introducidos en máquinas que jugaban al ajedrez. El objetivo inicial era lograr un aumento de la velocidad de proceso en un factor de 81#81 veces con 81#81 procesadores. El problema principal de este tipo de desarrollo fue el cómo dividir el árbol de búsqueda de variantes con tal de mantener a todos los procesadores ocupados en todo el tiempo de búsqueda evitando además búsqueda redundante. Otro problema era la realización de debugging en este tipo de programas. Los procesadores funcionan en forma asíncrona y eventos que ocurren primero en un procesador y luego en otro pueden suceder en otro orden en otra simulación. El programa OSTRICH fue el primero en participar en una competencia oficial de computadoras utilizando esta tecnología. Cinco computadoras serie Data General 16-bit Nova estaban conectadas mediante un paquete de comunicación de alta velocidad. En años subsiguientes 8 computadoras DG fueron utilizadas logrando un incremento de la velocidad de cálculo en un orden 5. Otros programas famosos que utilizaron multiproceso fueron CRAYBLITZ (1983 y 1984, procesador CRAY X-MP, 2 y 4 procesadores), CHESS CHALLENGER (1986, 20 microprocesadores 8086) y Deep Thought (1989, 3 procesadores de tecnología SUN y VLSI). DeepBlue para su match contra Kasparov utilizó un total de 2 frames RS6000 SP albergando 15 computadoras RS/6000 cada uno. Cada nodo contenía dos circuitos de ajedrez con 8 procesadores cada uno, lo que otorga en total 8x2x15x2 = 480 procesadores en el sistema completo. Otra aplicación interesante de las máquinas multiprocesadores fue realizada por Thompson y Stiller a mediados de los 70, quienes desarrollaron mediante este tipo de hardware las bases de datos de finales para computadoras de ajedrez.
Pero la evolución de este tipo de sistemas operativos no cesa y hoy día se investiga en aspecto de los sistemas operativos multiprocesador como son los siguientes:
· Software más adaptado a la computación paralela.
· Nuevos algoritmos: se obtendría mayor rendimiento.
· Nuevos lenguajes paralelos.
· Que los compiladores extraigan el paralelismo implícito en los programas no escritos explícitamente en paralelo.
· Portabilidad de los programas entre distintas plataformas: reducir/ocultar la alta latencia remota mediante hardware (p.e. cachés de datos compartidos), mediante software, (p.e. reestructurando los accesos a datos para que sean más locales, ocultar los accesos remotos mediante ejecución de otras partes del código, etc.)
· Flexibilidad en los multiprocesadores.
· Distintas aplicaciones pueden requerir distinta topología para extraer más paralelismo. Los MPr deberían poder cambiar su estructura (topología, distribución de la memoria, etc.) de forma dinámica y fácil, para así, adaptarse a las distintas aplicaciones.
Thank you!
DESVENTAJAS
· En ocasiones se menciona también la limitante física; existen factores que limitan la velocidad máxima de un procesador, independientemente del factor económico.
· Barreras físicas infranqueables, tales como la velocidad de la luz, efectos cuánticos al reducir el tamaño de los elementos de los procesadores, y problemas causados por fenómenos eléctricos a pequeñas escalas, restringen la capacidad máxima de un sistema uniprocesador, dejando la opción obvia de colocar muchos procesadores para realizar cálculos cooperativamente.
· Cada 2 ó 3 años, alguien anuncia el fin de los UniProcesadores pero a los 2 ó 3 años se disparan las prestaciones por una nueva idea arquitectónica. Esto es debido a que hay mucho mercado, mucha inversión, mucho avance: segmentación, vectorización, superescalaridad, hyperThreading, etc.
· Lentitud en las comunicaciones: latencia a memoria local es del orden de pocos ns, en multiprocesador, si un Proceso necesita un dato remoto hay alta latencia, del orden de microsegundos
Caracteristicas
Aplicaciones Actuales
El multiprocesamiento puede aplicarse para proporcionar:
Aumento en la productividad del sistema: mediante la ejecución de una serie de diferentes procesos de usuario por unidad de tiempo sobre diferentes procesadores en paralelo (orientados al throughput).
Ganancia de velocidad de la aplicación: mediante la ejecución de algunas partes de la aplicación en paralelo (orientados a speed-up) supercomputacion.
SISTEMAS MULTIPROCESADOR
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