OSA II: Hajautettu ympäristö. Ei yhteistä muistia. Rio 2004 / Auvo Häkkinen

Samankaltaiset tiedostot
OSA II: Hajautettu ympäristö. Sisältö, osa II. Sanomanvälitys. Käsitteistöä. Sanomanvälitys. Kommunikointi. Sanomanvälitys. Etäproseduurikutsu

OSA II: Hajautettu ympäristö. Sisältö, osa II. Ei yhteistä muistia. Sanomanvälitys. Etäproseduurikutsu. Rendezvous. Rio 2004 / Auvo Häkkinen

OSA II: Sisältö, osa II. Sanomanvälitys. Käsitteistöä. Sanomanvälitys. Kommunikointi. Hajautettu ympäristö Ei yhteistä muistia.

Hajautettu ympäristö Ei yhteistä muistia Kommunikointi sanomien välityksellä

Hajautettu ympäristö Ei yhteistä muistia Kommunikointi sanomien välityksellä

Sisältö, osa II. Sanomanvälitys. Kanavat. Hajautettu ympäristö Ei yhteistä muistia Kommunikointi sanomien välityksellä.

Ongelmakenttä. Rinnakkaisuuden tarve. Kommunikointiin tarvitaan. Ympäristö Suunnittelun yksinkertaistaminen Suorituskyky Luotettavuus

Ongelmakenttä. Yhteenvetoa. Ratkottava. Mekanismit. Lukkomuuttujat. Lukkomuuttujat, Spin Locks. Rinnakkaisuuden tarve. Kommunikointiin tarvitaan

Yhteenvetoa. Ongelmakenttä

Ongelmakenttä. Yhteenvetoa. Mekanismit. Ratkottava. Lukkomuuttujat, Spin Locks. Lukkomuuttujat. Rinnakkaisohjelmistot 2004 / Auvo Häkkinen 9-1

Etäproseduurikutsu, Remote Procedure Call (RPC) Etäproseduurikutsu. Poissulkeminen moduulin sisällä?

Etäproseduurikutsu. Etäproseduurikutsu, Remote Procedure Call (RPC)

Etäproseduurikutsu. RPC Toteutus Virhesemantiikka. Andrews 8.1, 10.3, Stallings 13.3

Monitorit. Monitori Synkronointimenetelmiä Esimerkkejä. Andrews , Stallings 5.5

Monitorit. Tavoite. Monitori Synkronointimenetelmiä Esimerkkejä. Andrews , Stallings 5.5. Minimoi virhemahdollisuuksia

Etäproseduurikutsu, Remote Procedure Call (RPC) Etäproseduurikutsu. Poissulkeminen moduulin sisällä?

OSA I: Yhteisten muuttujien käyttö. Prosessit samassa koneessa. Rio 2004 / Auvo Häkkinen 2-1

OSA I: Yhteisten muuttujien käyttö. Sisältöä. Prosessit samassa koneessa. Poissulkeminen ja synkronointi. Semaforit ja rinnakkaisuuden hallinta

OSA I: Yhteisten muuttujien käyttö Prosessit samassa koneessa. Sisältöä. Poissulkeminen. Halutut ominaisuudet 2-1. Rinnakkaiset, atomiset operaatiot

Oppimistavoitteet kurssilla Rinnakkaisohjelmointi

Rinnakkaisohjelmistot. Liisa Marttinen Tietojenkäsittelytieteen laitos Helsingin yliopisto Kevät 2004

Tavoite. Monitorit. Monitori Hoare Monitori. Minimoi virhemahdollisuuksia. Monitori Synkronointimenetelmiä Esimerkkejä

OSA I: Sisältöä. Atomisuus (atomic action) v Poissulkeminen ja synkronointi. Kriittinen (koodi)alue (critical section)

Johdantoa. Andrews, Ch 1

Johdantoa. Rinnakkaisuus - Samanaikaisuus. Peräkkäisyyteen perustuvat sovellukset

Semaforit ja rinnakkaisuuden hallinta. Tuottajat ja kuluttajat. Lukijat ja kirjoittajat. Andrews 4.2, Rio 2004 / Auvo Häkkinen

Semaforit ja rinnakkaisuuden hallinta

Semaforit ja rinnakkaisuuden hallinta

Käyttöjärjestelmät: poissulkeminen ja synkronointi

Johdantoa. Miksi rinnakkaisuutta? Laitteistoarkkitehtuureja. Rinnakkaisuus - Samanaikaisuus. Peräkkäisyyteen perustuvat sovellukset

Johdantoa. Miksi rinnakkaisuutta? Keskinäinen kommunikointi. Prosessit voivat häiritä toisiaan! Rinnakkaisuus - Samanaikaisuus

Lukkiutuminen. Taustaa Aterioivat Filosofit Ennaltaehkäisy Havaitseminen Välttely. Andrews 4.3 Stallings (tai mikä tahansa KJ-kirja)

Lukkiutuminen. Taustaa

4-13. Ratkaisu 4: OK, mutta... vrt. 2. Ratkaisu 3: OK. Ratkaisu 5: OK? Nälkiintyminen?

Taustaa. Lukkiutuminen. Seuraukset. Määritelmiä Lukkiuma (deadlock) päättymätön odotus BLOCKED-tilassa. prosessi P. prosessi Q. pyydä A? OK.

1. Tarkastellaan seuraavaa stokastista Petri-verkkoa: p 2. p 1. lock write 1

Verkkojen verkko - maailmankylä. Hajautetut järjestelmät yhteistyön ongelmallinen maailma. Hajautettuja järjestelmiä. Hajautusta!. miksi oikeastaan?

Rinnakkaisuus. parallel tietokoneissa rinnakkaisia laskentayksiköitä concurrent asioita tapahtuu yhtaikaa. TTY Ohjelmistotekniikka

Semaforit ja rinnakkaisuuden hallinta. Tuottajat ja kuluttajat. Halkaistu binäärisemafori (Split binary semaphore) semaforit empty ja full

poissulkeminen ohjelmoijan vastuulla P():t ja V():t siellä, täällä ja tuolla - meniköhän oikein? Yksityiskohtia pois ohjelmoijalta kääntäjälle

Monitorit. Monitori Synkronointimenetelmiä Esimerkkejä

Tavoite. Monitorit. Semafori perusmekanismi synkronointiin. Hyötyjä:

Käyttöjärjestelmät II

3. Kuljetuskerros 3.1. Kuljetuspalvelu

Verilogvs. VHDL. Janne Koljonen University of Vaasa

Sisältöä luento 18. Hajautettu prosessointi. Stallings, Luvut Esimerkkejä: homogeenisia hajautettuja arkkitehtuureja

Hajautettu prosessointi. Stallings, Luvut Sisältöä luento 18

Käyttöjärjestelmät II

11. Javan valintarakenteet 11.1

Prosessi perinteisesti

11. Javan valintarakenteet 11.1

A TIETORAKENTEET JA ALGORITMIT

Stallings, Luku 4.1. KJ-I I S2005 / Tiina Niklander, kalvot Auvo HäkkinenH

Tieto ja sen osoite (3) Jakso 3 Konekielinen ohjelmointi (TTK-91, KOKSI) Osoitinmuuttujat. Tieto ja sen osoite (5)

kynnysarvo (threshold) varoitusarvo = tästä lähtien syytä varoa ruuhkaa aluksi 64 K RTT

Jaetun muistin muuntaminen viestin välitykseksi. 15. lokakuuta 2007

Koottu lause; { ja } -merkkien väliin kirjoitetut lauseet muodostavat lohkon, jonka sisällä lauseet suoritetaan peräkkäin.

OSI ja Protokollapino

kynnysarvo (threshold)

7.4 Sormenjälkitekniikka

kynnysarvo (threshold)

Yleiskuva. Käyttöjärjestelmät II. Tietokonejärjestelm. rjestelmä. KJ ja laitteistopiirteet. KJ ja laitteistopiirteitä.

Jakso 3 Konekielinen ohjelmointi (TTK-91, KOKSI)

Jakso 3 Konekielinen ohjelmointi (TTK-91, KOKSI)

Javan semaforit. Joel Rybicki, Aleksi Nur mi, Jara Uitto. Helsingin yliopisto

Ohjelmoinnin peruskurssien laaja oppimäärä

1.1 Pino (stack) Koodiluonnos. Graafinen esitys ...

Rakenteiset tietotyypit Moniulotteiset taulukot

Stallings, Luku 4.1. KJ-I S2004 / Tiina Niklander, kalvot Auvo Häkkinen 4-1. KJ-I I S2004 / Tiina Niklander, kalvot Auvo Häkkinen 12-1

C++11 lambdat: [](){} Matti Rintala

» multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton. ongelma: käyttövuoron jakelu Yhteiskäyttöisen kanavan käyttö

4. MAC-alikerros. yleislähetys (broadcast) ongelma: käyttövuoron jakelu. » multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton

Graafisen käyttöliittymän ohjelmointi Syksy 2013

Ohjelmoinnin peruskurssien laaja oppimäärä

Ohjelmistoarkkitehtuurit

2 Konekieli, aliohjelmat, keskeytykset

Ohjelmointiharjoituksia Arduino-ympäristössä

T Harjoitustyöluento

815338A Ohjelmointikielten periaatteet Harjoitus 3 vastaukset

3. Yhteistilaverkko. Spesioinnin ja verioinnin perusteet. Päivi Kuuppelomäki

IT K 1 45 K ä yt t öj ä rj estelmät

3. Kuljetuskerros 3.1. Kuljetuspalvelu

Ohjelmassa henkilön etunimi ja sukunimi luetaan kahteen muuttujaan seuraavasti:

Perusteet. Pasi Sarolahti Aalto University School of Electrical Engineering. C-ohjelmointi Kevät Pasi Sarolahti

Siltojen haitat Yleisesti edut selvästi suuremmat kuin haitat

14. Hyvä ohjelmointitapa 14.1

Integrointi. Ohjelmistotekniikka kevät 2003

Alkuarvot ja tyyppimuunnokset (1/5) Alkuarvot ja tyyppimuunnokset (2/5) Alkuarvot ja tyyppimuunnokset (3/5)

Luento 3 Konekielinen ohjelmointi (TTK-91, KOKSI)

1.3Lohkorakenne muodostetaan käyttämällä a) puolipistettä b) aaltosulkeita c) BEGIN ja END lausekkeita d) sisennystä

Metodit. Metodien määrittely. Metodin parametrit ja paluuarvo. Metodien suorittaminen eli kutsuminen. Metodien kuormittaminen

Kielioppia: toisin kuin Javassa

13. Loogiset operaatiot 13.1

13. Loogiset operaatiot 13.1

Tavoite. Monitorit. Semafori perusmekanismi synkronointiin

T Harjoitustyöluento

5. Luento: Rinnakkaisuus ja reaaliaika. Tommi Mikkonen,

Ohjelmointitaito (ict1td002, 12 op) Kevät Java-ohjelmoinnin alkeita. Tietokoneohjelma. Raine Kauppinen

Sisältöä SÄIKEET, SMP

Dynaaminen muisti. Pasi Sarolahti Aalto University School of Electrical Engineering. C-ohjelmointi Kevät 2017.

Transkriptio:

OSA II: Hajautettu ympäristö Ei yhteistä muistia 6-1

Sisältö, osa II Sanomanvälitys Etäproseduurikutsu Rendezvous 6-2

Sanomanvälitys Käsitteistöä Kanavat Asiakkaat ja Palvelijat Kommunikointitapoja Andrews 7.1-7.6, Stallings 5.6, 13.1-13.2

Käsitteistöä 6-4

Kommunikointi Prosessi A Prosessi B X=f(..); send X to B... receive X from A Y=f(X);... X: 10 X: 510 KJ:n Ydin ydin send DC DC receive KJ:n kanava ydin 6-5

Sanomanvälitys Käyttö prosessien välinen tiedonvälitys synkronointi: vuorot / ajoitus Käyttäjätason operaatiot lähetys send (receiver-id, msg) vastaanotto receive([sender-id,] msg) Matkassa myös KJ:n lisäämä tieto ainakin: sender-id, receiver-id, sanoma,... Toteutus? pistokkeet: UDP/TCP, 6-6

Odotussemantiikka Send jatka heti, kun KJ kopioinut puskuriinsa tai odota kunnes vastaanottaja saanut sanoman Receive odota kunnes KJ kopioinut prosessin muuttujiin tai jos kanava tyhjä, jatka välittömästi jos ei sanomaa ~ no operation Blocking, non-blocking 6-7

Synkronointi send receive blocking nonblocking blocking synkroninen asynkroninen nonblocking asynkroninen asynkroninen Synkroninen lähettäjä tietää, että vastaanottaja on saanut sanoman toimintojen suoritusjärjestys selvä Asynkroninen toimintojen tarkka suoritusjärjestys epäselvä Andrews: asynkroninen tiedonvälitys send non-blocking, receive blocking 6-8

Kanavat 6-9

Sitominen Lähettäjä Kanava Vastaanottaja Kanava tiedonsiirtoyhteys prosessien välillä (point-to-point väylä) Sanomat send kanavaan, jonka tuntee yksi unicast (yksittäislähetys) tai useampi prosessi multicast (monilähetys) broadcast (yleislähetys) 6-10

Sitomistapoja one-to-one (kaksi prosessia, yksi kummankin tuntema kanava) many-to-one (asiakkaat-palvelija) one-to-many, many-to-many (asiakas - palvelut, ryhmäkommunikointi) Andrews (tämä kurssi) one-to-one tai many-to-one luotettava, järjestyksen säilyttävä sanomanvälitys prosessi(parien) sitominen: nimetty kanava ei monilähetystä ei yleislähetystä Huom: esimerkit eivät ota kantaa sitomiseen 6-11

Explisiittinen sitominen (Sloman, Kramer fig 3.9, 3.10) GROUP MODULE buffer; ENTRYPORT inchar: char REPLY signaltype; EXITPORT outchar: char REPLY signaltype; USE bound, invert; CREATE bound, invert; LINK inchar TO bound.getchar; invert.getchar TO bound.putchar; invert.outchar TO outchar; END. inchar module buffer bound invert B GROUP MODULE echo; CONST status=177560#8; vector=100#8; USE serial-input, serial-output, buffer; CREATE Rx: serial-input(status,vector); Tx: serial-output(status+4, vector+4) B: buffer; LINK Rx.input TO B.inchar; B.outchar TO Tx.output; END. Rx input B inchar outchar module echo output Tx 6-12

Kanavat (Andrews) Yhteinen postilaatikko jono sanomia, FIFO kaikki kanavan sanomat rakenteeltaan samanlaisia chan ch(type 1 id 1,, type n id n ) ch: kanavan nimi type i id i : sanoman osien tyypit, ja nimet (saavat puuttua) Esim. chan input(char); chan disk_access (int cylinder, int block, int count, char* buffer); chan result[n] (int); # kanavien taulukko 6-13

Operaatiot send kanava(lauseke 1,, lauseke n ) lähetä sanoma kanavaan receive kanava(muuttuja 1,, muuttuja n ) vastaanota sanoma kanavasta empty(kanava) tarkista onko kanava tyhjä sanomista Esim. send disk_access(cylinder+2, block, count, buf) receive result[i](sum) empty(input) Ei ota kantaa minkä prosessin kanssa kommunikoi! 6-14

Suodin: Merkit riveiksi Yhteiskäyttöinen kanava (globaali) esittely prosessien ulkopuolella (~ sitominen) Andrews Fig. 7.1.

Suodin: lomita kaksi syöttökanavaa Prosessien sitominen? Rinnakkaisuus? Andrews Fig. 7.2.

Asiakkaat ja Palvelija 6-17

Kommunikointitapoja Osapuolet yksittäinen prosessi ryhmä nimetty partneri kuka tahansa Tarpeita kahdenkeskinen, peer to peer: A B monilähetys, yleislähetys asiakkaat palvelija, kuka tahansa FileServer asiakas palvelu mikä tahansa palvelijaprosessi muut palvelijaprosessit palvelevat toisia prosesseja 6-18

Asiakkaat ja yhden palvelun palvelija yhteinen pyyntökanava, yksityiset vastauskanavat Andrews Fig. 7.4.

Asiakkaat ja monen palvelun palvelija Pyyntökanava Asiakkaiden tuntema julkinen kanava käytännössä: IP-osoite ja porttinumero Yksi pyyntökanava sanoma kanavaan tulkitse tyyppi, valitse palvelu tai dedikoitu kanava kullekin palvelulle valitse palvelu lähetä sopivaan kanavaan Vastauskanava Palvelijan tuntema (staattinen) Jokaisella asiakkaalla oma yksityinen kerro oma identiteetti pyyntösanomassa Asiakas kertoo pyynnössä (dynaaminen) käytännössä: oma IP-osoite ja porttinumero [Tällä kurssilla] 6-20

Asiakkaat ja monen palvelun palvelija Andrews Fig. 7.5.

Aterioivat filosofit, yksi syöttökanava type optype = enum(req, REL); chan phone(int, optype), reply[5]( ); process philosofer[i=0 to 4] { while (true) { think(); send phone(i, REQ); receive reply[i](); eat(); send phone(i, REL); } Keskitetty resurssien hallinta: "public phone number", many-to-one "secret phone number", one-to-one process secretary { while (true) { receive phone(philo, what); switch (what) { case REQ: { state[philo]=hungry; consider_allocation_to(philo); } case REL: { state[philo]=thinking; consider_allocation_to(philo-1); consider_allocation_to(philo+1); } } } 6-22

type activity = enum(thinking, HUNGRY, EATING); activity state[5] = ([4] THINKING); 4 procedure consider_allocation_to(int i) { if ( state[i] == HUNGRY) if (state[i-1]!=eating AND state[i+1]!=eating) { state[i] = EATING; send reply[i](); } } 3 2 1 0 6-23

Aterioivat filosofit, dedikoidut kanavat chan request(int), release(int), reply[5]( ); sem mutex=1; process philosofer[i=0 to 4] { while (true) { think(); send request(i); receive reply[i](); eat(); send release(i); } Miten odottaa yhtä aikaa kahdesta eri kanavasta? process secretary { co while (true) { receive request(philo); P(mutex); state[philo]=hungry; consider_allocation_to(philo); V(mutex); } // while (true) { receive release(philo); P(mutex); state[philo]=thinking; consider_allocation_to(philo-1); consider_allocation_to(philo+1); V(mutex); } oc } Huomaa rinnakkaisuus! 6-24

Monitori vs. Palvelija proseduurikutsu vs. kanava & sanoma poissulkeminen monitori: implisiittisesti, ei semaforeja! palvelija: palvele yksi asiakas kerrallaan, uudet pyyntösanomat jäävät kanavaan synkronointi monitori: jos ei saa edetä, wait(ehtomuuttuja) kutsunut prosessi nukahtaa palvelija: jos ei saa edetä, laita sisäiseen jonoon palvelija ei voi nukahtaa! 6-25

Monitori vs. Palvelija Andrews Table 7.1. 6-26

Resurssin varaus, Monitori Condition passing Vrt. resurssinvarauksen yleinen malli, ch 4.5 Andrews Fig. 7.6.

Resurssin varaus, Palvelija Andrews Fig. 7.7.

Kommunikointitapoja 6-29

Jutustelun jatkuvuus / ylläpito Useita asiakkaita, useita palvelijoita Esim: Tiedostopalvelija yksi ulospäin näkyvä palvelu (tdstojen käyttö) yksi palvelijaprosessi kullekin asiakkaalle Sitominen asiakas mikä tahansa prosessi Tarve prosessi haluaa tehdä sarjan peräkkäisiä tiedosto-operaatioita (open( ), read(), ), sama palvelijaprosessi palvelee 6-30

Tiedostopalvelijat ja asiakkaat Andrews Fig. 7.10.

Vertaistoimijat (Interactive Peers) Esim. Arvojen välittäminen n prosessia kullakin paikallinen arvo v etsi globaali min(v), max(v) Tiedonvälitys Keskitetty? Symmetrinen? Rengas? Rinnakkaisuus? Tiedonvälityksen tehokkuus? 6-32

Keskitetty ratkaisu Andrews Fig. 7.11.

Symmetrinen ratkaisu looginen vs. fyysinen rakenne Andrews Fig. 7.12.

Rengasratkaisu Huom: ratkaisussa virhe Andrews Fig. 7.13.

Mikä paras? Keskitetty 2 *(n-1) sanomaa (yleislähetyksenä n) Symmetrinen Yksi samanlainen ohjelmakoodi, eri datat n*(n-1) sanomaa Rengas Huomaa koodissa oleva virhe! 2*n -1 sanomaa Rinnakkaisuus? Tiedonvälityksen tehokkuus? 6-36

Synkroninen sanomanvälitys synch-send() send() ja receive() kohtaavat kommunikoivien prosessien synkronointi naapuri tietää naapurinsa tilan ei tarvitse välttämättä KJ:n apupuskureita rajoittaa rinnakkaisuutta Varo lukkiumaa algoritmit, jotka toimivat asynkronisen kommunikoinnin yhteydessä eivät ehkä enää toimikkaan! toimivatko edelliset min/max esimerkit? 6-37

Rinnakkaisuus? Ei OK! Toimivatko edelliset min/max esimerkit? Andrews pp. 319-320

Tarkistuskysymyksiä? 6-39