Notas de Aula - MAC 5755 - Sistemas Operacionais Distribuídos

Aula 9 - 12/9/2001

Gerenciamento de Memória em Sistemas Centralizados

• Memória Virtual
• MMU - unidade de hardware responsável pelo mapeamento de endereços virtuais para físicos
• Segmentação
• segmentos podem ter tamanhos variados e proteção diferenciada
• desvantagem: favorece fragmentação externa
• Paginação
• tamanho fixo, proteção diferenciada
• desvantagem: favorece fragmentação interna
• Algoritmos para seleção de onde, na memória física, colocar uma página virtual
• Primeiro encaixe (first fit)
• Melhor encaixe (best fit)
• Pior encaixe (worst fit)
• Algoritmos para paginação
• FIFO
• NRU (limite estático)
• LRU
• MRU
• LRU + preferência para páginas limpas (que não foram alteradas)
• Problema a se evitar: trashing, i.e., o sistema fica paginando o tempo todo.
• O maior problema de memória virtual é que ele torna o tempo de execução de cada instrução totalmente imprevisível.
• Sistemas de tempo real rígido praticamente não usam MV.
• Sistemas de tempo real suave podem ou não usar (podem oferecer opção de memory pinning)

• Princípio número 1 de desempenho: sobrepor comunicação e computação
• Princípio número 2: busca antecipada dos dados antes de precisar deles (prefetching)

Memória Compartilhada vs. Troca de mensagens

• Ambos são mecanismos de comunicação entre processos
• Troca de mensagens usa send e receive
• Memória compartilhada usa read e write
• Memória compartilhada exige o uso de mecanismos de sincronização
• Em multiprocessadores conectados por um barramento, MC é uma opção bem eficiente
• Processadores podem guardar cópias dos dados em seus caches
• Grande problema: manter a consistência dos caches
1. Exclusão mútua em regiões críticas (próxima aula)
2. cache bisbilhoteiro (snoopy cache)
• processos monitoram barramento
• ao detectar mensagem no barramento que altera um dado em seu cache, o marca como inválido
• No UNIX: (exemplo de código)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat (int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt (const void *shmaddr);

Memória Compartilhada Distribuída

• Idéia apresentada por Li e Hudak em 1989.
• Memória presente nas máquinas da rede é compartilhada por várias máquinas (Fig. 5.1 Sinha)
• Para melhorar o desempenho, mapeia-se parte das memórias locais das máquinas ao "espaço de endereçamento global" (caching)
• O sistema mantém um "serviço de diretório" para guardar informações sobre o estado do sistema e sobre a localização das páginas
• Tipos
1. Leitor e Escritor Únicos
• modelo centralizado (Fig 4.4 Galli)
2. Múltiplos Leitores / Único Escritor
• modelo com distribuição estática (Fig 4.5 Galli)
• modelo distribuído dinâmico (Fig 4.6 Galli) usa broadcast, ineficiente
• modelo distribuído dinâmico (Fig 4.7 Galli) sem broadcast, mais eficiente
3. Múltiplos Leitores / Múltiplos Escritores
• mais complicado de implementar, mais caro computacionalmente
• um sequenciador é utilizado para colocar em ordem todas as alterações aos dados e gerenciar conflitos
• veremos isso mais prá frente na aula de Sincronização Distribuída

• Questões mais importantes
1. Granularidade (blocos grandes (falso compartilhamento) vs. blocos pequenos)
2. Estrutura do Espaço de Memória
• sem estrutura
• estruturas de dados da linguagem
• objetos (Clouds da Georgia Tech)
• banco de dados (Linda usa tuplas ao invés de endereços para referenciar porções da memória)
3. Política de Consistência (ou Coerência) e Sincronização do Acesso
4. Localização e acesso aos dados
5. Estratégia de Substituição de blocos de memória em um nó do sistema distribuído
6. Trashing
7. Heterogeneidade
8. Nível da implementação:
1. Hardware: MMU
2. Software: Sistema Operacional
3. Software: Sistema de Execução da Linguagem de Programação (language runtime system)

• Políticas de Consistência (estudaremos na aula de transações distribuídas)

Migração de Memória

• MCD facilita migração de processos
• Mas a migração de memória é a parte mais custosa da migração de processos
• Quando migramos um processo há duas questões a responder
1. Quando no processo de migração do processo se deve migrar a memória?
2. Quanto da memória se deve migrar?
• Algoritmos
1. Pára e copia (Fig. 4.8 Galli)
2. Cópia concorrente (Fig. 4.9 Galli) Ulitizado no sistema distribuído V (~1985)
3. Cópia na referência (Fig. 4.10 Galli)

Questões

• Atualmente, Memória Distribuída Compartilhada é utilizada principalmente em sistemas específicos para computação científica de alto desempenho. Mas, será que ela vai se tornar mais comum no futuro?
• Pontos a favor:
1. ler dados da memória de um outra máquina via Fast Ethernet é mais rápido que ler do disco
2. facilita a migração de processos
3. alguns programadores preferem esse modelo de comunicação do que troca de mensagens
• Com o aumento do tamanho da memória e com a queda no preço, memória virtual vai deixar de ser necessária?

• Capítulo 4 do Galli ou capítulo 5 do Sinha
• Distributed Shared Memory: Where We Are and Where We Should Be Headed (1995) John B. Carter Dilip Khandekar Linus Kamb. Fifth Workshop on Hot Topics in Operating Systems (HotOS-V).