
Procesos
y Procesadores en Sistemas Distribuidos




-
Introducción
a los Hilos (Threads)
-
Uso de Hilos
-
Aspectos del
Diseño de un Paquete de Hilos
-
Implantación
de un Paquete de Hilos
-
Hilos y RPC
-
Modelos de Sistemas
-
El Modelo de
Estación de Trabajo
-
Uso de Estaciones
de Trabajo Inactivas
-
El Modelo de
la Pila de Procesadores
-
Asignación
de Procesadores
-
Modelos de Asignación
-
Aspectos del
Diseño de Algoritmos de Asignación de Procesadores
-
Aspectos de
la Implantación de Algoritmos de Asignación de Procesadores
-
Ejemplos de
Algoritmos de Asignación de Procesadores
-
Un Algoritmo
Determinista Según la Teoría de Gráficas
-
Un Algoritmo
Centralizado
-
Un Algoritmo
Jerárquico
-
Un Algoritmo
Distribuido Heurístico (Eager)
-
Un Algoritmo
de Remates
-
Planificación
en Sistemas Distribuidos
-
Fin
Introducción
a los Hilos (Threads)
Muchos S. O. distribuidos soportan múltiples hilos de control
dentro de un proceso que [25, Tanenbaum]:
-
Comparten un único espacio de direcciones.
-
Se ejecutan quasi - paralelamente como si fueran procesos independientes.
Ej.: servidor de archivos que debe bloquearse ocasionalmente en
espera de acceso al disco:
-
Si tiene varios hilos de control podría ejecutar un segundo hilo
mientras el primero espera:
-
El resultado sería mejor rendimiento y desempeño.
-
No se logra esto con procesos servidores independientes puesto que deben
compartir un buffer caché común y deben estar en el mismo
espacio de direcciones.
En muchos sentidos los hilos son como miniprocesos:
-
Cada hilo:
-
Se ejecuta en forma estrictamente secuencial.
-
Tiene su propio contador de programa y una pila para llevar un registro
de su posición.
-
Los hilos comparten la cpu de la misma forma que lo hacen los procesos:
-
Secuencialmente, en tiempo compartido.
-
Solo en un multiprocesador se pueden ejecutar realmente en paralelo.
-
Los hilos pueden crear hilos hijos.
-
Mientras un hilo está bloqueado se puede ejecutar
otro hilo del mismo proceso.
Los distintos hilos de un proceso comparten
un espacio de direcciones, el conjunto de archivos abiertos, los procesos
hijos, cronómetros, señales, etc.
Los hilos pueden tener distintos estados: en
ejecución, bloqueado, listo, terminado.
Inicio:
Fin:
Uso de Hilos
Los hilos permiten la combinación del paralelismo con la ejecución
secuencial y el bloqueo de las llamadas al sistema [25,
Tanenbaum].
Consideramos el ejemplo del servidor de archivos con sus posibles
organizaciones para muchos hilos de ejecución.
Iniciamos con el modelo servidor / trabajador:
-
Un hilo, el servidor, lee las solicitudes de trabajo en el buzón
del sistema.
-
Elige a un hilo trabajador inactivo (bloqueado) y le envía
la solicitud, despertándolo.
-
El hilo trabajador verifica si puede satisfacer la solicitud por medio
del bloque caché compartido, al que tienen acceso todos los hilos.
-
Si no envía un mensaje al disco para obtener el bloque necesario
y se duerme esperando el fin de la operación.
-
Se llama:
-
Al planificador y se inicializa otro hilo, que tal vez sea el servidor,
para pedir más trabajo; o.
-
A otro trabajador listo para realizar un trabajo.
Los hilos ganan un desempeño considerable pero cada uno de ellos
se programa en forma secuencial.
Otro modelo es el de equipo:
-
Todos los hilos son iguales y cada uno obtiene y procesa sus propias
solicitudes.
-
No hay servidor.
-
Se utiliza una cola de trabajo que contiene todos los trabajos pendientes,
que son trabajos que los hilos no han podido manejar.
-
Un hilo debe verificar primero la cola de trabajo antes de buscar en el
buzón del sistema.
Un tercer modelo es el de entubamiento:
-
El primer hilo genera ciertos datos y los transfiere al siguiente para
su procesamiento.
-
Los datos pasan de hilo en hilo y en cada etapa se lleva a cabo cierto
procesamiento.
Un programa diseñado adecuadamente y que utilice hilos debe funcionar
bien:
-
En una única cpu con hilos compartidos.
-
En un verdadero multiprocesador.
Inicio:
Fin:
Aspectos del
Diseño de un Paquete de Hilos
Un conjunto de primitivas relacionadas con los hilos (ej.: llamadas
a biblioteca) disponibles para los usuarios se llama un “paquete de hilos”
[25,
Tanenbaum].
Respecto del manejo de los hilos se tienen hilos estáticos
e hilos dinámicos.
En un diseño estático:
-
Se elige el número de hilos al escribir el programa o durante su
compilación.
-
Cada uno de ellos tiene asociada una pila fija.
-
Se logra simplicidad pero también inflexibilidad.
En un diseño dinámico:
-
Se permite la creación y destrucción de los hilos durante
la ejecución.
-
La llamada para la creación de hilos determina:
-
El programa principal del hilo.
-
Un tamaño de pila.
-
Una prioridad de planificación, etc.
-
La llamada generalmente regresa un identificador de hilo:
-
Se usará en las posteriores llamadas relacionadas al hilo.
-
Un proceso:
-
Se inicia con un solo hilo.
-
Puede crear el número necesario de hilos.
Los hilos pueden concluir:
-
Por su cuenta, al terminar su trabajo.
-
Por su eliminación desde el exterior.
Los hilos comparten una memoria común:
-
Contiene datos que los distintos hilos comparten.
-
El acceso generalmente se controla mediante regiones críticas.
Inicio:
Fin:
Implantación
de un Paquete de Hilos
Un paquete de hilos se puede implantar en el espacio [25,
Tanenbaum]:
Implantación del paquete de hilos en el espacio del usuario:
-
El núcleo no sabe de su existencia.
-
El núcleo maneja procesos con un único hilo.
-
No requiere soporte de hilos por parte del S. O.
-
Los hilos se ejecutan en un sistema de tiempo de ejecución:
-
Es un grupo de procedimientos que manejan los hilos.
-
Cuando un hilo ejecuta una llamada al sistema o cualquier acción
que pueda provocar su suspensión:
-
Llama a un procedimiento del sistema de tiempo de ejecución.
-
El procedimiento verifica si hay que suspender al hilo, en cuyo caso:
-
Almacena los registros del hilo en una tabla.
-
Busca un hilo no bloqueado para ejecutarlo.
-
Vuelve a cargar los registros de la máquina con los valores resguardados
del nuevo hilo.
-
Las principales ventajas son:
-
El intercambio de hilos es más rápido que si se utilizaran
los señalamientos al núcleo.
-
Cada proceso puede tener su propio algoritmo adaptado de planificación
de hilos.
-
Tienen una mejor escalabilidad para un número muy grande de hilos,
ya que no afectan al núcleo con tablas y bloques de control (pila).
Implantación del paquete de hilos en el espacio del núcleo:
-
No se necesita un sistema de tiempo de ejecución.
-
Para cada proceso el núcleo tiene una tabla con una entrada por
cada hilo que contiene:
-
Los registros, estados, prioridades y demás información relativa
al hilo.
-
Todas las llamadas que pueden bloquear un hilo se implantan como llamadas
al sistema:
-
Significa un costo mayor (en recursos y tiempo).
-
Cuando un hilo se bloquea, el núcleo puede ejecutar:
-
Otro hilo listo del mismo proceso.
-
Un hilo de otro proceso:
-
Con los hilos a nivel usuario el sistema de tiempo de ejecución
mantiene en ejecución los hilos de su propio proceso hasta que:
-
El núcleo les retira la cpu, o.
-
No hay hilos listos.
Un problema fundamental de los paquetes de hilos a nivel usuario
es el de las llamadas al sistema con bloqueo:
-
No se puede permitir que el hilo realmente realice la llamada al sistema:
-
Detendría a todos los hilos del proceso.
-
Un hilo bloqueado no debe afectar a los demás.
-
Una solución es agregar código junto a la llamada al sistema
para verificar si la misma no generaría bloqueo:
-
Se efectuaría la llamada al sistema solo si la verificación
da o.k.
-
El código adicional suele llamarse jacket.
Otro problema de los paquetes de hilos a nivel usuario es que si
un hilo comienza su ejecución no puede ejecutarse ningún
otro hilo de ese proceso, salvo que el hilo entregue voluntariamente
la cpu.
Un problema adicional para los hilos a nivel usuario es que generalmente
los programadores desean los hilos en aplicaciones donde los hilos se bloquean
a menudo:
-
Ej.: servidor de archivos con varios hilos.
Inicio:
Fin:
Hilos y RPC
Es común que los sistemas distribuidos utilicen RPC e hilos
[25,
Tanenbaum].
Al iniciar un hilo servidor, “S”, éste exporta su interfaz
al informarle de ésta al núcleo; la interfaz define los procedimientos
que puede llamar, sus parámetros, etc.
Al iniciar un hilo cliente, “C”, éste importa la interfaz
del
núcleo:
-
Se le proporciona un identificador especial para utilizarlo en la llamada.
-
El núcleo sabe que “C” llamará posteriormente a “S”:
-
Crea estructuras de datos especiales para prepararse para la llamada.
Una de las estructuras es una pila de argumentos compartida por
“C”
y “S”, que se asocia de manera lectura / escritura en ambos espacios
de direcciones.
Para llamar al servidor, “C”:
-
Coloca sus argumentos en la pila compartida mediante el procedimiento normal
de transferencia.
-
Hace un señalamiento al núcleo colocando un identificador
especial en un registro.
El núcleo:
-
Detecta esto y deduce que es una llamada local.
-
Modifica el mapa de memoria del cliente para colocar éste en el
espacio de direcciones del servidor.
-
Inicia el hilo cliente, al ejecutar el procedimiento del servidor.
La llamada se efectúa de tal forma que:
-
Los argumentos se encuentran ya en su lugar:
-
No es necesario su copiado u ordenamiento.
-
La RPC local se puede realizar más rápido de esta manera.
Inicio:
Fin:
Modelos de
Sistemas
En un sistema distribuido, con varios procesadores, un aspecto
fundamental del diseño es cómo se los utiliza [25,
Tanenbaum].
Los procesadores distribuidos se pueden organizar de varias formas:
-
Modelo de estación de trabajo.
-
Modelo de la pila de procesadores.
-
Modelo híbrido.
Inicio:
Fin:
El Modelo
de Estación de Trabajo
El sistema consta de estaciones de trabajo (PC) dispersas conectadas
entre sí mediante una red de área local (LAN) [25,
Tanenbaum].
Pueden contar o no con disco rígido en cada una de ellas.
Los usuarios tienen:
-
Una cantidad fija de poder de cómputo exclusiva.
-
Un alto grado de autonomía para asignar los recursos de su estación
de trabajo.
Uso de los discos en las estaciones de trabajo:
-
Sin disco:
-
Bajo costo, fácil mantenimiento del hardware y del software, simetría
y flexibilidad.
-
Gran uso de la red, los servidores de archivos se pueden convertir en cuellos
de botella.
-
Disco para paginación y archivos de tipo borrador:
-
Reduce la carga de la red respecto del caso anterior.
-
Alto costo debido al gran número de discos necesarios.
-
Disco para paginación, archivos de tipo borrador y archivos binarios
(ejecutables):
-
Reduce aún más la carga sobre la red.
-
Alto costo y complejidad adicional para actualizar los binarios.
-
Disco para paginación, borrador, binarios y ocultamiento de archivos:
-
Reduce aún más la carga de red y de los servidores de archivos.
-
Alto costo.
-
Problemas de consistencia del caché.
-
Sistema local de archivos completo:
-
Escasa carga en la red.
-
Elimina la necesidad de los servidores de archivos.
-
Pérdida de transparencia.
Inicio:
Fin:
Uso de Estaciones
de Trabajo Inactivas
La idea consiste en ordenar remotamente la ejecución de procesos
en estaciones de trabajo inactivas [25, Tanenbaum].
Los aspectos clave son:
-
¿Cómo encontrar una estación de trabajo inactiva?.
-
¿Cómo lograr que un proceso remoto se ejecute de forma transparente?.
-
¿Qué ocurre si regresa el poseedor de la máquina?.
Generalmente se considera que una estación de trabajo está
“inactiva”
cuando se dan ambas condiciones:
-
Nadie toca el ratón o el teclado durante varios minutos.
-
No se ejecuta algún proceso iniciado por el usuario.
Los algoritmos para localizar las estaciones de trabajo inactivas
se pueden dividir en dos categorías:
-
Controlados por el servidor.
-
Controlados por el cliente.
Algoritmos controlados por el servidor:
-
Cuando una estación de trabajo está inactiva:
-
Se convierte en un servidor potencial.
-
Anuncia su disponibilidad:
-
Proporciona su nombre, dirección en la red y propiedades:
-
Grabándolos en un archivo, o.
-
Transmitiéndolos a las otras estaciones.
-
Se pueden dar situaciones de competencia entre distintos usuarios
para acceder a la misma estación inactiva al mismo tiempo:
-
Se deben detectar al ingresar el requerimiento.
-
Solo progresa el primer requerimiento arribado.
-
Se elimina a la estación de la lista de inactivas.
-
Quien hizo el llamado puede enviar su ambiente e iniciar el proceso remoto.
Algoritmos controlados por el cliente:
-
El cliente transmite una solicitud indicando el programa que desea ejecutar,
la cantidad de memoria necesaria, si requiere un chip coprocesador, etc.
-
Al regresar la respuesta se elige una estación y se la configura.
Para ejecutar el proceso en la estación remota seleccionada
se debe lograr:
-
El desplazamiento del código.
-
La configuración del proceso remoto de modo que:
-
“Vea” el mismo ambiente que tendría en el caso local, en la estación
de trabajo de origen.
-
Ejecute de la misma forma que en el caso local.
Se necesita la misma visión del sistema de archivos, el mismo
directorio de trabajo, etc.
Si se trabaja sobre el servidor de archivos se envían
las solicitudes de disco al servidor.
Si se trabaja con discos locales se envían las solicitudes
a la máquina de origen para su ejecución.
Ciertas operaciones como la lectura del teclado y la escritura en la
pantalla:
-
Nunca se pueden ejecutar en la máquina remota.
-
Deben regresar a la máquina de origen.
Todas las llamadas al sistema que soliciten el estado de la máquina
deben realizarse en la máquina donde se ejecuta el proceso.
Las llamadas al sistema relacionadas con el tiempo son un serio
problema debido a las dificultades de sincronización.
En caso de que regrese el poseedor de la máquina:
-
Se podría no hacer nada, contra la idea de estaciones de trabajo
“personales”.
-
Se podría eliminar el proceso intruso:
-
Abruptamente, perdiéndose el trabajo hecho y generando caos en el
sistema de archivos.
-
Ordenadamente, salvando el procesamiento ya hecho y preservando la integridad
del sistema de archivos.
-
Se podría emigrar el proceso a otra estación.
Inicio:
Fin:
El Modelo de
la Pila de Procesadores
Se dispone de un conjunto de cpu que se pueden asignar dinámicamente
a los usuarios según la demanda [25, Tanenbaum].
Los usuarios no disponen de estaciones de trabajo sino de terminales
gráficas de alto rendimiento.
No existe el concepto de propiedad de los procesadores, los que
pertenecen a todos y se utilizan compartidamente.
El principal argumento para la centralización del poder de
cómputo como una pila de procesadores proviene de la teoría
de colas:
-
Llamamos “l” a la tasa de entradas
totales de solicitudes por segundo de todos los usuarios combinados.
-
Llamamos “m” a la tasa de procesamiento
de solicitudes por parte del servidor.
-
Para una operación estable debe darse que “m
> l”:
-
Se pueden permitir pequeños lapsos de tiempo en los que la
tasa de entrada exceda a la de servicio.
-
Llamamos “T” al promedio de tiempo entre la emisión de
una solicitud y la obtención de una respuesta completa:
-
T = 1 / ( m - l
).
-
Cuando “ l ” tiende a “0”, “T”
no tiende a “0”.
-
Supongamos que tenemos “n” multiprocesadores personales, cada uno
con cierto número de cpu y con su propio sistema de colas con tasas
“ l ” y “ m
” y tiempo “T”:
-
Si reunimos todas las cpu y formamos una sola pila de procesadores tendremos
un
solo sistema de colas en vez de “n” colas ejecutándose
en paralelo.
-
La tasa de entrada será “n
l”, la tasa de servicio será “n m”
y el tiempo promedio de respuesta será:
-
T1 = 1 / (n m - n
l) = 1 / n ( m -
l) = T / n.
-
Conclusión: si reemplazamos “n” pequeños recursos
por uno grande que sea “n” veces más poderoso:
-
Podemos reducir el tiempo promedio de respuesta “n” veces.
El modelo de pila es más eficiente que el modelo de búsqueda
de estaciones inactivas.
También existe el modelo híbrido que consta de
estaciones
de trabajo y una pila de procesadores.
Inicio:
Fin:
Asignación
de Procesadores
Son necesarios algoritmos para decidir cuál proceso hay que
ejecutar y en qué máquina [25, Tanenbaum].
Para el modelo de estaciones de trabajo:
-
Decidir cuándo ejecutar el proceso de manera local y cuándo
buscar una estación inactiva.
Para el modelo de la pila de procesadores:
-
Decidir dónde ejecutar cada nuevo proceso.
Inicio:
Fin:
Modelos de
Asignación
Generalmente se utilizan las siguientes hipótesis [25,
Tanenbaum]:
-
Todas las máquinas son idénticas (o al menos compatibles
en el código); difieren a lo sumo en la velocidad.
-
Cada procesador se puede comunicar con los demás.
Las estrategias de asignación de procesadores se dividen
en:
-
No migratorias:
-
Una vez colocado un proceso en una máquina permanece ahí
hasta que termina.
-
Migratorias:
-
Un proceso se puede trasladar aunque haya iniciado su ejecución.
-
Permiten un mejor balance de la carga pero son más complejas.
Los algoritmos de asignación intentan optimizar algo:
-
Uso de las cpu:
-
Maximizar el número de ciclos de cpu que se ejecutan para trabajos
de los usuarios.
-
Minimizar el tiempo de inactividad de las cpu.
-
Tiempo promedio de respuesta:
-
Minimizar no los tiempos individuales de respuesta sino los tiempos promedio
de respuesta.
-
Tasa de respuesta:
-
Minimizar la tasa de respuesta, que es el tiempo necesario para ejecutar
un proceso en cierta máquina dividido por el tiempo que tardaría
en cierto procesador de referencia.
Inicio:
Fin:
Aspectos
del Diseño de Algoritmos de Asignación de Procesadores
Los principales aspectos son los siguientes [25,
Tanenbaum]:
-
Algoritmos deterministas vs. heurísticos.
-
Algoritmos centralizados vs. distribuidos.
-
Algoritmos óptimos vs. subóptimos.
-
Algoritmos locales vs. globales.
-
Algoritmos iniciados por el emisor vs. iniciados por el receptor.
Los algoritmos deterministas son adecuados cuando se sabe anticipadamente
todo
acerca del comportamiento de los procesos, pero esto generalmente no se
da, aunque puede haber en ciertos casos aproximaciones estadísticas.
Los algoritmos heurísticos son adecuados cuando la carga
es impredecible.
Los diseños centralizados permiten reunir toda la información
en un lugar y tomar una mejor decisión; la desventaja es que la
máquina central se puede sobrecargar y se pierde robustez ante su
posible falla.
Generalmente los algoritmos óptimos consumen más
recursos que los subóptimos, además, en la mayoría
de los sistemas reales se buscan soluciones subóptimas, heurísticas
y distribuidas.
Cuando se va a crear un proceso se debe decidir si se ejecutará
en
la máquina que lo genera o en otra (política de transferencia):
-
La decisión se puede tomar “solo con información local”
o “con información global”.
-
Los algoritmos locales son sencillos pero no óptimos.
-
Los algoritmos globales son mejores pero consumen muchos recursos.
Cuando una máquina se deshace de un proceso la política
de localización debe decidir dónde enviarlo:
-
Necesita información de la carga en todas partes, obteniéndola
de:
-
Un emisor sobrecargado que busca una máquina inactiva.
-
Un receptor desocupado que busca trabajo.
Inicio:
Fin:
Aspectos
de la Implantación de Algoritmos de Asignación de Procesadores
Casi todos los algoritmos suponen que las máquinas conocen
su propia carga y que pueden informar su estado [25,
Tanenbaum]:
-
La medición de la carga no es tan sencilla.
-
Un método consiste en contar el número de procesos (hay que
considerar los procesos latentes no activos).
-
Otro método consiste en contar solo los procesos en ejecución
o listos.
-
También se puede medir la fracción de tiempo que la cpu está
ocupada.
Otro aspecto importante es el costo excesivo en consumo de recursos
para recolectar medidas y desplazar procesos, ya que se debería
considerar el tiempo de cpu, el uso de memoria y el ancho de banda de la
red utilizada por el algoritmo para asignación de procesadores.
Se debe considerar la complejidad del software en cuestión
y sus implicancias para el desempeño, la correctez y la robustez
del sistema.
Si el uso de un algoritmo sencillo proporciona casi la misma ganancia
que uno más caro y más complejo, generalmente será
mejor utilizar el más sencillo.
Se debe otorgar gran importancia a la estabilidad del sistema:
-
Las máquinas ejecutan sus algoritmos en forma asíncrona por
lo que el sistema nunca se equilibra.
-
La mayoría de los algoritmos que intercambian información:
-
Son correctos luego de intercambiar la información y de que todo
se ha registrado.
-
Son poco confiables mientras las tablas continúan su actualización,
es decir que se presentan situaciones de no equilibrio.
Inicio:
Fin:
Ejemplos de
Algoritmos de Asignación de Procesadores
Un Algoritmo Determinista
Según la Teoría de Gráficas
Es aplicable a sistemas donde se conoce [25,
Tanenbaum]:
-
Requerimientos de cpu y de memoria de los procesos.
-
Tráfico promedio entre cada par de procesos.
Si el número de procesos supera al número de cpu:
-
Habrá que asignar varios procesos a la misma cpu.
-
La asignación deberá minimizar el tráfico en la
red.
El sistema se puede representar en una gráfica con pesos:
-
Cada nodo es un proceso.
-
Cada arco es el flujo de mensajes entre dos procesos.
El problema es encontrar la forma de partir la gráfica en subgráficas
sujetas a restricciones (ej.: de cpu y de memoria) (ver Figura 10.1
y Figura 10.2 [25, Tanenbaum]):
-
Los arcos que van de una subgráfica a la otra representan el tráfico
en la red.
-
Cada subgráfica es una unidad de asignación.
-
El algoritmo debe buscar unidades de asignación fuertemente acopladas:
-
Tráfico intenso dentro de la unidad de asignación.
-
Tráfico escaso entre unidades de asignación.

Inicio:
Fin:
Un Algoritmo Centralizado
Es un algoritmo heurístico que a diferencia del anterior
no
precisa información anticipadamente [25, Tanenbaum].
Es un algoritmo arriba-abajo (Mutka y Livny) centralizado porque
un coordinador mantiene una tabla de usos:
-
Contiene una entrada por estación de trabajo inicializada en “0”.
-
Cuando ocurren eventos significativos se envían al coordinador mensajes
para actualizar la tabla.
-
Las decisiones de asignación se basan en la tabla:
-
Se toman cuando ocurren eventos de planificación, tales como: se
realiza una solicitud, se libera un procesador, el reloj produce una marca
de tiempo.
-
No se intenta maximizar el uso de la cpu.
-
Se procura otorgar a cada usuario una parte justa del poder de cómputo.
-
Cuando la máquina donde se crea un proceso decide que se debe ejecutar
en otra parte:
-
Le pide al coordinador de la tabla de usos que le asigne un procesador:
-
Si existe uno disponible y nadie más lo desea, se otorga el permiso.
-
Si no, la solicitud se niega y se registra.
-
Si un usuario ejecuta procesos en máquinas de otros usuarios acumula
puntos de penalización por segundo, lo que se registra en la tabla
de usos.
-
Si un usuario tiene solicitudes pendientes insatisfechas, se restan puntos
de penalización.
-
Si no existen solicitudes pendientes y ningún procesador está
en uso, la entrada de la tabla de usos se desplaza un cierto número
de puntos hacia el “0”, hasta alcanzarlo.
-
El movimiento de puntos hacia arriba y abajo da nombre al algoritmo.
Un puntaje positivo en una entrada de la tabla de usos indica
que la estación de trabajo relacionada es un usuario de
los recursos del sistema.
Un puntaje negativo significa que precisa recursos.
Una puntuación “0” es neutra.
La heurística utilizada para la asignación de
procesadores es la siguiente:
-
Cuando un procesador se libera gana la solicitud pendiente cuyo poseedor
tiene la puntuación menor.
-
Un usuario que no ocupe procesadores y que tenga pendiente una solicitud
durante mucho tiempo:
-
Siempre vencerá a alguien que utilice muchos procesadores.
-
Se cumple con el principio de asignar la capacidad de manera justa.
Inicio:
Fin:
Un Algoritmo Jerárquico
El algoritmo anterior no se adapta bien a los sistemas de gran tamaño
[25,
Tanenbaum], pues el nodo central se convierte en un cuello
de botella y en un único punto de fallo.
Una solución son los algoritmos jerárquicos que:
-
Mantienen la sencillez de los centralizados.
-
Se escalan mejor que los centralizados.
Un método consiste en organizar a los procesadores en jerarquías
lógicas independientes de la estructura física:
-
Se establece un árbol jerárquico con distintos niveles.
-
Para cada grupo de máquinas hay una máquina administradora:
-
Mantiene un registro de las máquinas ocupadas y las inactivas.
-
Cada procesador se comunica con un superior y un número reducido
de subordinados:
-
El flujo de información es controlable.
En caso de falla de un equipo con funciones jerárquicas:
-
Lo puede reemplazar un subordinado:
-
La elección la pueden hacer los subordinados, los pares jerárquicos
del equipo fallado o el superior jerárquico del mismo.
Para disminuir la vulnerabilidad se puede tener en la cima del árbol
jerárquico no uno sino un grupo de equipos; si alguno del grupo
falla los restantes eligen a un subordinado para integrar el grupo superior.
Las tareas se pueden crear en cualquier parte de la jerarquía
y pueden requerir varios procesos, es decir varios procesadores.
Cada administrador debe mantener un registro de sus equipos
dependientes que estén disponibles.
Si el administrador que recibe una solicitud determina que no tiene
suficientes procesadores disponibles, transfiere la solicitud hacia arriba
a su superior, quien también podría trasladarla hacia arriba
nuevamente.
Si el administrador determina que sí puede satisfacer la solicitud:
-
Divide la solicitud en partes y la distribuye a los administradores subordinados
a él.
-
Los subordinados repiten esta operación hasta llegar al nivel inferior.
-
Los procesadores se señalan como “ocupados” y el número
de procesadores asignados se informa hacia arriba.
Un importante problema consiste en que podría haber varias
solicitudes en distintas etapas del algoritmo de asignación:
-
Puede conducir a estimaciones no actualizadas del número de procesadores
disponibles (también pudieron salir de servicio algunos de los considerados
disponibles).
-
Podrían presentarse situaciones de competencia, bloqueo, etc. en
el intento de asignación de procesadores.
Inicio:
Fin:
Un Algoritmo Distribuido
Heurístico (Eager)
Al crearse un proceso [25, Tanenbaum]:
-
La máquina donde se origina envía mensajes de prueba a una
máquina elegida al azar; pregunta si su carga está por debajo
de cierto valor de referencia.
-
Si la respuesta es positiva el proceso se envía a ese lugar.
-
Si no, se elige otra máquina para la prueba.
-
Luego de “n” pruebas negativas el algoritmo termina y el proceso
se ejecuta en la máquina de origen.
Inicio:
Fin:
Un Algoritmo de Remates
Utiliza un modelo económico con [25,
Tanenbaum]:
-
Compradores y vendedores de servicios.
-
Precios establecidos por la oferta y la demanda.
Los procesos deben comprar tiempo de cpu.
Cada procesador anuncia su precio mediante un archivo que todos pueden
leer (es el precio pagado por el último cliente).
Los distintos procesadores pueden tener distintos precios según
sus características y servicios.
Cuando un proceso desea iniciar un proceso hijo:
-
Verifica si alguien ofrece el servicio que necesita.
-
Determina el conjunto de procesadores que pueden prestar sus servicios.
-
Selecciona el mejor candidato según precio, rapidez, relación
precio / desempeño, tipo de aplicación, etc.
-
Genera una oferta y la envía a su primer opción.
Los procesadores:
-
Reúnen las ofertas recibidas y eligen una.
-
Informan a los ganadores y perdedores.
-
Ejecutan los procesos.
-
Actualizan los precios.
Inicio:
Fin:
Planificación en
Sistemas Distribuidos
Generalmente cada procesador hace su planificación local (si
tiene varios procesos en ejecución) independientemente de lo que
hacen los otros procesadores [25, Tanenbaum].
La planificación independiente no es eficiente cuando
se ejecutan en distintos procesadores un grupo de procesos:
-
Relacionados entre sí.
-
Con una gran interacción entre los procesos.
Se necesita una forma de garantizar que los procesos con comunicación
frecuente se ejecuten de manera simultánea.
En muchos casos un grupo de procesos relacionados entre sí iniciarán
juntos.
La comunicación dentro de los grupos debe prevalecer
sobre la comunicación entre los grupos.
Se debe disponer de un número de procesadores suficiente para
soportar al grupo de mayor tamaño.
Cada procesador se multiprograma con “n” espacios para
los procesos (multiprogramación de nivel “n”).
El algoritmo de Ousterhout utiliza el concepto de coplanificación:
-
Toma en cuenta los patrones de comunicación entre los procesos
durante la planificación.
-
Debe garantizar que todos los miembros del grupo se ejecuten al mismo
tiempo.
-
Se emplea una matriz conceptual donde:
-
Las filas son espacios de tiempo.
-
Las columnas son las tablas de procesos de los procesadores.
-
Cada procesador debe utilizar un algoritmo de planificación
Round Robin:
-
Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “0” durante
un cierto período fijo.
-
Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “1” durante
un cierto período fijo, etc.
-
Se deben mantener sincronizados los intervalos de tiempo.
-
Todos los miembros de un grupo se deben colocar en el mismo número
de espacio de tiempo pero en procesadores distintos.
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