Memoria Compartida Distribuida

1. Memoria Compartida Distribuida • Efraín Pinto • Friedrich González • Miguel Ojea

2. Memoria Compartida Distribuida con Base en Páginas • Diseño Básico • Réplica • Granularidad • Obtención de la Consistencia Secuencial • Búsqueda del Propietario • Búsqueda de las Copias • Reemplazo de Páginas • Sincronización

3. Introducción • Sistemas clásicos (NORMA) • Referencia a memoria local y remota. • Primeras investigaciones orientadas a reusabilidad del código • Tratan de implementar consistencia secuencial

4. Consistencia Secuencial • El resultado de cualquier ejecución es el mismo que si las operaciones de todos los procesadores fueran ejecutadas en algún orden secuencial, y las operaciones de cada procesador individual aparecen en esta secuencia en el orden especificado por su programa • Todos los procesadores ven todas las referencias a memoria en el mismos orden • Los resultados no son deterministas

5. Consistencia Secuencial • Dos ejecuciones del mismo programa podrían no arrojar el mismo resultado a menos que se utilicen operaciones explicitas de sincronización

6. Diseño Básico • Emulan cache monitor de los multiprocesadores mediante software • Espacio de memoria dividido en pedazos repartidos entre las memorias de los CPU’s • El direccionamiento remoto implica traer el pedazo de memoria completo

7. Réplica • Incrementa el rendimiento • Réplica de pedazos de solo lectura • Réplica de pedazos de lectura-escritura • Inconsistencia

8. Granularidad • Tamaño del pedazo de memoria que se replica • Fallo de página • Traer página completa vs. Traer varias páginas • Compartición falsa • Compiladores inteligentes

9. Obtención de la Consistencia Secuencial • Problema: Réplicas de páginas de lectura-escritura • Averiguar palabra a escribir y su valor • Problema: Actualizaciones simultaneas • Solución: Esquema de invalidación • Protocolo de invalidación • Se garantiza consistencia

10. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 1 • Se efectúa la lectura

11. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 2 • Se efectúa la lectura

12. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 3 • Se efectúa la lectura

13. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 4 • Se efectúa la lectura

14. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 5 • Se solicita una copia • Se marca la página como R • Se efectúa la lectura

15. Obtención de ConsistenciaLectura - Caso 6 • Se solicita una copia • Se solicita la degradación de la página a estado “R” • Se efectúa la lectura

16. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 1 • Se efectúa la escritura

17. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 2 • Degradar página a estado “W” • Se efectúa la escritura

18. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 3 • Solicitar invalidación de copias • Degradar página a estado “W” • Se efectúa la escritura

19. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 4 • Solicitar invalidación de las copias • Solicitar propiedad • Degrada la página a estado “W” • Se efectúa la escritura

20. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 5 • Solicitar invalidación • Solicitar propiedad • Solicitar copia • Degrada la página a esatdo “W” • Se efectúa la escritura

21. Obtención de ConsistenciaEscritura - Caso 6 • Solicitar invalidación • Solicitar propiedad • Solicitar copia • Degrada la página a estado “W” • Se efectúa la escritura

22. Obtención de la Consistencia Secuencial – Búsqueda del Prop. • Buscar directamente al propietario • Usar controlador de páginas • Multiples controladores de páginas • Registro de probables propietarios

23. Obtención de la Consistencia Secuencial – Búsqueda de Copias • Medio de transmisión no-confiable • Lista del conjunto de copias • Protocolo de invalidación

24. Reemplazo de Páginas • Buscar página para sacar de memoria • Página poseida por otro proceso • Página duplicada del proceso saliente • Página no duplicada • Transmitir número de marcos libres • Problema de compartición activa

25. Sincronización • Enfoque tradicional puede causar un desastre en el desempeño • Controlador de sincronización

26. Memoria Compartida Distribuida con Variables Compartidas • Munin: • Consistencia de liberación. • Protocolos múltiples. • Directorios. • Sincronización. • Midway: • Consistencia de entrada. • Implantación.

27. Introducción MCDVC • Se comparten variables. • Duplicación. • Duplicación parcial o total. • Algoritmo de actualización. • No hay compartición falsa.

28. Munin • Se basa en objetos del software (usa MMU). • Declaraciones con “shared”. • Una variable compartida por página (por defecto). • Instrucciones normales de lectura y escritura. • No hay métodos de protección especiales.

29. Consistencia De Liberación (Munin) • Regiones criticas. • Adquisición y liberación. • No hay garantía en regiones críticas. • Clases de variables: • Variables ordinarias. • Variables de datos compartidos. • Variables de sincronización.

30. Consistencia De Liberación (Munin) • Operación básica con variables ordinarias: • No se comparten. • Solo son accedidas por el proceso que las creo.

31. Consistencia De Liberación (Munin) • Operación básica con variables de datos compartidos: • Son declaradas como tales.

32. Consistencia De Liberación (Munin) • Operación básica con variables de sincronización: • Son accedidas mediante procedimientos de acceso proporcionados por el sistema. • Cerraduras: lock y unlock. • Barreras: increment y wait.

33. Protocolos Múltiples (Munin) • Categorías de variables: • Exclusiva para lectura. • Migratoria. • De escritura compartida. • Convencional.

34. Protocolos Múltiples (Munin) • Exclusiva para lectura: • Ocurre un fallo de página. • Busca la variable en el directorio. • Solicita la página al propietario. • La página se duplica. • No hay modificación. • No hay inconsistencia. • Protegidas por el MMU. (Provoca error fatal cualquier intento de escritura).

35. Protocolos Múltiples (Munin) • Migratoria: • Ocurre un fallo de página. • Busca la variable en el directorio. • Solicita la página al propietario. • Se copia en la maquina que la va a usar. Se elimina la copia original. • El propietario pasa a ser el proceso que la va a usar. • No hay duplicación.

36. Protocolos Múltiples (Munin) • De escritura compartida: • Al principio se utilizan como exclusivas para lectura. • Ocurre una escritura. • Marca la página como sucia y crea una copia de la página. • Termina la modificación y envía las paginas que fueron modificadas. • Se restablece la exclusividad para lectura.

37. Protocolos Múltiples (Munin) • De escritura compartida:

38. Protocolos Múltiples (Munin) • Actualización en el que recibe la modificación: • Si no ha sido modificada localmente actualiza todo. • Si ha sido modificada localmente compara palabra por palabra: la copia local, gemelo y pagina recibida.

39. Protocolos Múltiples (Munin) • Actualización:

40. Protocolos Múltiples (Munin) • Convencionales: • Solo se permite una copia de cada pagina que se pueda escribir. • Se desplaza de un proceso a otro.

41. Directorios (Munin) • Contienen: • Categoría. • Propietario. • Si existe copia local.

42. Directorios (Munin) • Algoritmo para encontrar propietario. • Después que P1 y P2 solicitan. • Después que P3 y P4 solicitan. • Después que P1 solicita de nuevo.

43. Directorios (Munin) • Registro del conjunto de copias. • No hay consistencia.

44. Sincronización (Munin) • Cerraduras centralizadas: • Se obtiene el propietario de la cerradura en el directorio.(Contiene un registro probable) • Si el mismo es el propietario y esta libre se otorga el pedido. • Si la cerradura no es local y esta libre se otorga el pedido. • Si la cerradura no es local y no esta libre se agrega al final de la cola.

45. Sincronización (Munin) • Barreras con servidor central. • Se recibe la cantidad de procesos que están esperándola. • Cada proceso envía el mensaje al servidor de que ya terminó su tarea. • El servidor central envía el mensaje para que todos los procesos sean liberados.

46. Midway • Compartir estructuras de datos individuales. • C, C++ o ML convencional con información adicional. • Mantiene consistentes las variables compartidas de manera eficiente.

47. Consistencia De Entrada (Midway) • Cerraduras exclusivas y no exclusivas. • Limitaciones al programador: • La compartición de variables debe ser explícita. • Cada variable debe estar asociada con una cerradura o barrera. • Solo deben accesarse las variables compartidas dentro de las secciones críticas. • La actualización no es inmediata.

48. Implantación (Midway) • La adquisición de cerraduras exclusivas: • Utiliza la cadena distribuida de propietarios sucesivos para encontrar el proceso propietario. • Si el proceso propietario no la esta usando la adquiere. • Si el proceso propietario la esta usando el solicitante espera.

49. Implantación (Midway) • La adquisición de cerraduras no exclusivas: • Obtiene la copia de cualquier proceso que tenga la copia de la página. • Las barreras son centralizadas.

50. Implantación (Midway) • Actualización: • Solo envía las actualizaciones necesarias • Mantiene un registro de actualización indicando a que proceso actualizó y en que tiempo. • Cada maquina mantiene un reloj lógico. • Hay muy buen desempeño en comunicación.