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COPLANIFICACIÓN.


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 robín:
·         Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “0” durante un cierto periodo fijo.
·         Todos los procesadores ejecutan el proceso en el espacio “1” durante un cierto periodo 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.

SISTEMAS DISTRIBUIDOS DE TIEMPO REAL

La capacidad de procesamiento está distribuida entre varios computadores interconectados. Las actividades del sistema tienen requisitos de tiempo.
Necesidad de sistemas distribuidos:
·         Requisitos de procesamiento.
·         Distribución física del sistema.
·         Fiabilidad: Tolerancia a fallos.
·         Los sistemas distribuidos de tiempo real (SDTR) son complicados de realizar.
·         Se consideran sistemas débilmente acoplados.
·         Comunicación mediante mensajes
·         El tiempo de comunicación es significativo.

ASIGNACIÓN DE PROCESADORES


Son necesarios algoritmos para decidir cuál proceso hay que ejecutar y en qué máquina. Para el modelo de estaciones de trabajo:

·         Decidir cuándo ejecutar el proceso de manera local y cuándo es necesario buscar estaciones inactivas o no locales que tienen una conexión a la misma red pero fuera de ella.
Para el modelo de la pila de procesadores:
·         Decidir dónde ejecutar cada nuevo proceso respecto de la misma máquina que es la tabla (lista) de los procesos que se crean dentro de la maquina.

MODELOS Y ALGORITMOS CON SUS ASPECTOS DE DISEÑO E IMPLANTACIÓN

Los principales aspectos del Diseño de Algoritmos de Asignación de Procesadores  son los siguientes:
·         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.

 ‘’‘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: 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.
Las máquinas ejecutan sus algoritmos en forma asíncrona por lo que el sistema nunca se equilibra.
La mayoría de los algoritmos que intercambian información

Modelos de Asignación:
Generalmente se utilizan las siguientes hipótesis:
·         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.

MODELOS DE PROCESADORES


La historia de los microprocesadores comienza en el año 1971, con el desarrollo por parte de Intel del procesador 4004, para facilitar el diseño de una calculadora.

La época de los PC (Personal Computer), podemos decir que comienza en el año 1978, con la salida al mercado del procesador Intel 8086.

DE ESTACIÓN DE TRABAJO.
El sistema consta de estaciones de trabajo (PC) dispersas conectadas entre sí mediante una red de área local (LAN).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.

DE PILA DE PROCESADORES.
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.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.

HÍBRIDO.

 Modelo Híbrido:
Los trabajos interactivos se ejecutan en las estaciones de trabajo mientras que los no interactivos se ejecutan en la pila de procesadores.

• El Modelo de las Estaciones de trabajo suele coincidir en la actualidad con la mayoría de las organizaciones.

Cuando se utiliza este modelo hay una serie de aspectos a tener en cuenta:
• La asignación de Procesos a los Procesadores.
• Los Algoritmos de Distribución de la Carga.
• La Planificación de los Procesos en un Sistema Distribuido.

Procesos y procesadores en sistemas distribuidos


PROCESOS PROCESADORES CONCEPTOS BÁSICOS

Procesos:
Esta definición varía ligeramente en el caso de sistemas operativos multihilo, donde un proceso consta de uno o más hilos, la memoria de trabajo (compartida por todos los hilos) y la información de planificación. Cada hilo consta de instrucciones y estado de ejecución.
Los procesos son creados y destruidos por el sistema operativo, así como también este se debe hacer cargo de la comunicación entre procesos, pero lo hace a petición de otros procesos. El mecanismo por el cual un proceso crea otro proceso se denomina bifurcación (fork). Los nuevos procesos pueden ser independientes y no compartir el espacio de memoria con el proceso que los ha creado o ser creados en el mismo espacio de memoria.

En los sistemas operativos multihilo es posible crear tanto hilos como procesos. La diferencia estriba en que un proceso solamente puede crear hilos para sí mismo y en que dichos hilos comparten toda la memoria reservada para el proceso.

Procesadores:
Es el cerebro del computador, se encarga de convertir la materia prima de éste y dar un producto que puede ser sometido a otro procesamiento o ser el producto final del sistema o maquina. Realiza cálculos matemáticos a altísimas velocidades.

HILOS Y MULTIHILOS

Un hilo de ejecución, en sistemas operativos, es una característica que permite a una aplicación realizar varias tareas concurrentemente. Los distintos hilos de ejecución comparten una serie de recursos tales como el espacio de memoria, los archivos abiertos, situación de autenticación, etc. Esta técnica permite simplificar el diseño de una aplicación que debe llevar a cabo distintas funciones simultáneamente.

Los hilos de ejecución que comparten los mismos recursos, sumados a estos recursos, son en conjunto conocidos como un proceso. El hecho de que los hilos de ejecución de un mismo proceso compartan los recursos hace que cualquiera de estos hilos pueda modificar éstos. Cuando un hilo modifica un dato en la memoria, los otros hilos acceden e ese dato modificado inmediatamente.

Sincronización de hilos: todos los hilos comparten el mismo espacio de direcciones y otros recursos como pueden ser archivos abiertos. Cualquier modificación de un recurso desde un hilo afecta al entorno del resto de los hilos del mismo proceso. Por lo tanto, es necesario sincronizar la actividad de los distintos hilos para que no interfieran unos con otros o corrompan estructuras de datos.

Una ventaja de la programación multihilo es que los programas operan con mayor velocidad en sistemas de computadores con múltiples CPUs (sistemas multiprocesador o a través de grupo de máquinas) ya que los hilos del programa se prestan verdaderamente para la ejecución concurrente. En tal caso el programador necesita ser cuidadoso para evitar condiciones de carrera (problema que sucede cuando diferentes hilos o procesos alteran datos que otros también están usando), y otros comportamientos no intuitivos. Los hilos generalmente requieren reunirse para procesar los datos en el orden correcto. Es posible que los hilos requieran de operaciones atómicas para impedir que los datos comunes sean cambiados o leídos mientras estén siendo modificados, para lo que usualmente se utilizan los semáforos. El descuido de esto puede generar interbloqueo.

Formas de multihilos

Los sistemas operativos generalmente implementan hilos de dos maneras:
.Multihilo apropiativo: permite al sistema operativo determinar cuándo debe haber un cambio de contexto. La desventaja de esto es que el sistema puede hacer un cambio de contexto en un momento inadecuado, causando un fenómeno conocido como inversión de prioridades y otros problemas.

.Multihilo cooperativo: depende del mismo hilo abandonar el control cuando llega a un punto de detención, lo cual puede traer problemas cuando el hilo espera la disponibilidad de un recurso.

El soporte de hardware para multihilo desde hace poco se encuentra disponible. Esta característica fue introducida por Intel en el Pentium 4, bajo el nombre de HYPER TREADING .