A descentralização e os Sistemas Paralelos

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A descentralização e os Sistemas Paralelos
Descrever a descentralização dos sistemas computacionais e os sistemas paralelos
AUTOR(A)
PROF. JOSE
DA SILVA
AZANHA
NETO
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Sistemas Centralizados
Como vimos no tópico anterior, os sistemas computacionais passaram 
uma revolução tecnológica ao longo da história. Desde 1945, onde
computadores foram criados para atender uma demanda científica pa
execução de cálculos e tarefas simples, até aproximadamente 1985, qua
ainda os computadores eram grandes e caros. Estas tarefas apesar
simples, normalmente levavam muito tempo para executar. Devido
processamento limitado por apenas uma CPU, as tarefas pendentes ficav
aguardando muito tempo para serem executadas. Além disso, a computa
centralizada realizava a leitura de fitas perfuradas e este procedime
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dependida de intervenção humana, o que deixava a CPU muito tem
ociosa. As empresas adquiriam alguns destes computadores apenas, 
eles não se comunicavam e executavam de forma isolada.
Mesmo com o avanço dos mainframes com os sistemas operacionais
tempo compartilhado CTSS, MULTICS, UNIX, System V, que mudaram
forma como o usuário interagia com o mainframe, a computação continu
como centralizada. 
O sistema de tempo compartilhado, apesar de centralizado, utilizava 
sistema operacional que permitia um acesso às rotinas e programas a pa
da identificação de usuário e senha. Mas, como os usuários faziam acesso
mainframe quando, na verdade, os sistemas eram centralizados e não h
rede de comunicação? A resposta é muito simples: Através de termi
burros ou consoles. Os terminais ou consoles eram extensões do pró
mainframe viabilizando o acesso dos demais operadores. A figura a se
mostra a estrutura que conecta os terminais e o mainframe. Assim, a CP
ciclicamente alocada para cada tarefa dos operadores. Imagine que este
conectados neste momento quatro operadores em seus respect
terminais, mas apenas dois deles estão solicitando suas tarefas e os ou
dois estão conversando. Neste momento, a CPU é ciclicamente alocad
duas tarefas dos operadores e não ficará ociosa por conta dos outros 
operadores. Desta forma, o tempo de execução da CPU é compartilh
entre as duas tarefas não ficando ociosa durante o período que ou
operadores não estão utilizando seus terminais. Obviamente que
comportamento cíclico da CPU continuará o mesmo caso os qu
operadores utilizem o mainframe ao mesmo tempo.
Este modelo de computação denominado por tempo compartilhado insp
muitos outros sistemas operacionais e arquiteturas, principalmente
sistemas clientes/servidor. Apesar do insucesso do MULTICS, ele 
projetado para suportar centenas de usuários simultaneamente e fo
grande inspirador para Ken Thompson em seu projeto do UNIX.
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Figura 1 - Sistema de Tempo Compartilhado ou Computação Centralizadas
Sistemas Paralelos
Como vimos anteriormente, os computadores foram criados para exec
300 operações por segundo como o ENIAC. Mesmo o ENIAC sendo m
rápido que as calculadoras que o antecederam, as pessoas queriam ai
mais velocidade, ou seja, que possam executar mais ciclos de CPU. Assim
computadores foram evoluindo e chegando em relógios de 1MHz, 1GHz
mais, aumentando o desempenho do computador. O problema é que, qua
mais rápida é a CPU, mais calor ela produz. Existem ventoinhas que 
maiores que o próprio processador. Assim, levando em consideraçã
evolução dos computadores, a tendência mostra que os computado
reduzem significativamente de tamanho e aumenta o seu desempenh
capacidade de armazenamento. A razão disso é que o setor industria
mundo dos negócios e as diversas áreas de conhecimento e pesqu
necessitam de computadores mais rápidos e que ocupem menos esp
físico. O problema é que, quanto menor o computador é, menos espaço
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tem para se livrar do calor gerado pelo processador. Assim, o desafio n
contexto que estamos discutindo é como aumentar o processamento
computador versus o problema da geração cada vez maior de calor. 
Uma alternativa encontrada para resolver esse impasse é o modelo
computação paralela ou também conhecido como sistemas 
multiprocessamento ou, simplesmente, multiprocessado. Este mod
consiste em um número n (dois ou mais) de processadores independen
que compartilham a memória RAM (Randomic Access Memory) e
comunicam através de um barramento comum, conforme mostra a figura
Os demais modelos (b e c) serão discutidos a seguir.
Modelos de Sistemas Multiprocessados
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Fonte: TANENBAUM, A.S, Sistemas Operacionais Modernos, p. 7, 3ª edição, Pearson Education
Brasil, 2010.
Sistemas Fortemente Acoplados
Os sistemas fortemente acoplados ou tightly-coupled são compostos por 
ou mais processadores com memória local de um barramento interno de 
velocidade (Figura 2 - b). Neste caso, os processadores mantêm a 
memória local, ou seja, não existe memória global compartilhada entre e
Este modelo não é flexível na adição de novos processadores e são me
tolerantes a falhas como acontece com os sistemas fracamente acopla
Por outro lado, considerando que estes modelos normalmente centrali
um conjunto maior de serviços, o custo de gerência é menor comparado 
os fracamente acoplados.
 
Sistemas Fracamente Acoplados
Os sistemas fracamente acoplados ou loosely-coupled são sistemas com 
ou mais processadores com memória local, no entanto, a comunicação e
eles ocorre através de troca de mensagens (Figura 2 - c). O barrame
utilizado são as linhas de comunicação de curta, média ou longa distân
ou seja, através das redes de computadores. Este modelo é mais flexível 
os modelos fortemente acoplados, pois é mais fácil adicionar ou ret
processadores, além de ser ainda mais confiável e tolerante a falhas. 
outro lado, podem ser mais inseguros se não tiverem uma política
segurança e um padrão de monitoramento. Assim, este modelo ac
resultando em um alto custo de gerenciamento e manutenção (suporte).
 
Sistemas em Rede
Os sistemas em rede mantêm a proposta dos sistemas fracamente acopla
pois descentralizam o poder computacional em diversos processadores 
se comunicam através de linhas de comunicação (Figura 2 - c). Inicialme
criados para conectar os microcomputadores em rede local que utili
arquiteturas como ponto a ponto (peer-to-peer ou P2P) e cliente-servi
Conforme vemos na figura abaixo, o modelo descentraliza a aplicaçã
provê recursos para o compartilhamento entre os usuários. No caso
pequenas redes locais, tais como um escritório ou uma loja, o usuário po
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conhecimento da rede e de seus recursos, pois os microcomputadores 
utilizam são os mesmos que oferecem os serviços de compartilhamento
arquivos, diretórios e impressão.
Sistemas em Rede
Sistemas Distribuídos
O sistema distribuído é um modelo fracamente acoplado e com u
proposta muito parecida com os sistemas em rede. A grande diferença e
os sistemas distribuídos e em rede, está na forma de implementação de s
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componentes de rede de comunicação, hardware e software. A maneira co
estes três componentes são implementados e a portabilidade da platafor
leva o usuário à visão de um sistema único e coeso.
Normalmente, os sistemas distribuídos são projetados em redes 
comunicação heterogêneas (LAN - Local-area Network, MAN - Metropoli
area Network, WAN -  Wide-area Network  e PAN - Personal-area Networ
em arquiteturas de rede P2P e/ou Cliente-Servidor. Além disso, os siste
distribuídossão formados por arquiteturas de software e harware que fo
relacionadas a seguir:
As arquiteturas de distribuição do software:
Distributed Computing Environment (DCE)
Common Object Request Broker Architecture (CORBA)
Object Linking and Embedding (OLE)
Remote Procedure Call (RPC)
Remote Method Invocation (RMI) - JAVA
Distributed Component Object Model
(DCOM) - Windows
Simple Object Access Protocol (SOAP) -
Web Services
 
As arquiteturas para distribuição do ambiente computacional:
Computação em Cluster
Computação em Grade
Computação em Nuvem
Computação Móvel
Computação Ubíqua
Computação Pervasiva
 
Pelo que observamos, os sistemas distribuídos podem ser implementados
diferentes protocolos de redes, linguagens de programação, siste
operacionais e arquiteturas de hardware (plataformas RISC e CISC).
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protocolos lidam com as diferenças entre as redes, mas no caso 
linguagens de programação, sistemas operacionais e hardware, 
necessário a utilização de uma camada de software para mascarar
diferenças e viabilizar a integração e comunicação entre estes ambien
heterogêneos. Esta camada de software é denominada por middleware.
Sistemas Distribuídos
Quiz
Exercício Final
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A descentralização e os Sistemas Paralelos
INICIAR 
Referências
TANENBAUM, A. S.; STEEN, M. V.; Sistemas Distribuídos; Princípios e
Paradigmas; Pearson Prentice Hall; 2ª edição; 2007.
TANENBAUM, A.S, Sistemas Operacionais Modernos, 3ª edição, Pearson
Education do Brasil, 2010.
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