Programa Programación Concurrente 2012 UNRN

Transcripción

Sede y localidad
Sede Atlántica, Viedma
Carrera
Licenciatura en Sistemas
Programa de la asignatura
Asignatura: Pogramacón Concurrente
Año calendario: 2012
Cuatrimestre: segundo
Carga horaria semanal: 6 hs
Créditos (si corresponde):
Carga horaria total:96hs
Días y horario de cursada: Lunes y Miercoles de 15hs a 16:30hs
Horarios, días y lugar de consulta para alumnos: Lunes y Miercoles de 16:30hs a 18hs
Horas de estudio recomendadas (extra clase): 3 hs.
Profesor: Delio Dirazar
[email protected]
Auxiliar:
Programa Analítico de la asignatura
Contenidos mínimos establecidos por Plan de Estudio:
Especificación de la ejecución concurrente.
Comunicación y sincronización.
Concurrencia con variables compartidas.
Concurrencia con pasajes de mensajes.
Lenguajes de programación concurrente.
Introducción a los conceptos de procesamiento paralelo.
Objetivos de la asignatura:
Plantear los fundamentos de la programación concurrente,
estudiando su sintaxis y semántica, así como herramientas y lenguajes para la resolución de
programas concurrentes.
Analizar el concepto de sistemas concurrentes que integran la arquitectura de hardware, el
sistema operativo y los algoritmos que permiten la resolución de problemas concurrentes.
Estudiar los conceptos fundamentales de comunicación y sincronización entre procesos, por
memoria compartida y por mensajes.
Vincular la concurrencia en software con los conceptos de procesamiento distribuido
y paralelo, para tener los conceptos de soluciones multiprocesador con algoritmos
concurrentes.
Propuesta Metodológica:
Se dictan clases teóricas semanales con evaluaciones teóricas y
Creada por Ley 26.330 /Colón 450 Oficina 1 .CP 8500 Viedma. Río Negro / [email protected]
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clases prácticas.
Forma de aprobación:
La aprobación se obtiene superando 1 prueba parcial práctico y una
evaluación final teórica-práctica.
Unidad o eje temático: 1 - Conceptos básicos
Contenidos: Objetivos de los sistemas concurrentes.
Procesamiento secuencial, concurrente y paralelo. Características.
Evolución histórica.
Procesos. Programa concurrente. No determinismo.
Clases de aplicaciones. Multithreading, Cómputo paralelo y distribuido.
Áreas de estudio en sistemas concurrentes.
Relación con la arquitectura.
Monoprocesadores.
Multiprocesadores:
Clasificaciones y ejemplos.
Relación con el sistema operativo. Requerimientos para el sistema operativo.
Relación con el lenguaje. Requerimientos para el sistema operativo.
Sincronización y comunicación.
Sincronización por exclusión mutua y por condición.
Comunicación por memoria compartida y por mensajes.
Prioridad, granularidad, deadlock, manejo de recursos.
Paradigmas de resolución de programas concurrentes: iterativo (ej, multiplicación de
matrices), recursivo o divide & conquer (ej. el problema de la cuadratura), pipeline o
productor consumidor, cliente/servidor, peers o pares interactuantes
Fechas tentativas de Inicio y finalización del dictado de la unidad o eje temático:
6 al 13 de Agosto
Bibliografía obligatoria de la Unidad:
Andrews G. “Foundations of Multithreaded, Parallel and Distributed Programming”,
Addison Wesley, 2000
Bibliografía complementaria de la Unidad:
Ben-Ari. “Principles of Concurrent and Distributed Programming, 2/E”. Addison-Wesley
Grama, Gupta, Karypis, Kumar, "An Introduction to Parallel Computing. Design and Analysis
of Algorithms", Pearson Addison Wesley, 2/E
Unidad o eje temático: 2 - Concurrencia y sincronización
Contenidos: Aspectos de programación secuencial
Especificación y semántica de la ejecución concurrente. La sentencia co y process
Acciones atómicas y sincronización.
El problema de interferencia. Historias válidas e inválidas.
Atomicidad de grano fino y de grano grueso.
La propiedad de “a lo sumo una vez”.
La sentencia Await. Semántica. Especificación de la sincronización.
Técnicas para evitar interferencia.
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Propiedades de seguridad y vida.
Políticas de scheduling y Fairness.
Requerimientos para los lenguajes de programación.
Problemas en sistemas distribuidos.
13 al 22 de Agosto
Bibliografía complementaria de la Unidad:Ben-Ari. “Principles of Concurrent and Distributed
Programming, 2/E”. Addison-Wesley
Unidad o eje temático: 3 - Concurrencia con variables compartidas
Contenidos: Sincronización por variables compartidas
Sincronización de grano fino. Secciones críticas (SC). Definición del problema. Propiedades
necesarias de las soluciones.
Soluciones de tipo spin-locks al problema de la SC.
Algoritmos clásicos de soluciones fair al problema de la SC (tie-breaker, ticket, bakery).
Implementación de sentencias Await arbitrarias.
Sincronización barrier. Definición.
Soluciones posibles (contador compartido, flags y coordinadores, árboles, barreras simétricas,
butterfly).
Algoritmos data parallel.. Computación de prefijos.
Sincronización por semáforos
Defectos de la sincronización por variables compartidas.
Semáforos. Sintaxis y semántica.
Usos básicos y técnicas de programación.
Soluciones a SC y barreras.
Semáforos binarios divididos (split).
Exclusión mutua selectiva.
La técnica “passing the baton”. Definición y aplicaciones.
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Sincronización por condición general.
Alocación de recursos. SJN.
Ejemplos clásicos: filósofos, lectores y escritores, productores y consumidores con buffer
limitado, etc.
Semáforos en lenguajes reales: Pthreads. Ejemplos.
Sincronización por monitores
Noción de Regiones Críticas Condicionales.
Monitores. Sintaxis y semántica.
Sincronización en monitores.
“Signal and wait“ y “Signal and continue”: diferencias.
La técnica “passing the condition”.
Ejemplos clásicos: buffer limitado, lectores y escritores, alocación, etc.
Diseño de un reloj lógico. Alternativas.
El problema del peluquero: rendezvous.
Scheduling de discos. Ejemplo. Enfoques alternativos para la sincronización.
Monitores en lenguajes reales: Java, Pthreads. Ejemplos.
Implementaciones
Conceptos de implementación de procesos multiprocesador. Kernel monoprocesador y
multiprocesador..
20 de Agosto al 5 de Octubre
Downey. “The little book of semaphores”. Web.
Unidad o eje temático: 4 - Programación distribuida. Concurrencia con pasaje de
mensajes
Contenidos: Programas distribuidos.
Relación entre mecanismos de comunicación.
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Clases básicas de procesos: productores y consumidores, clientes y servidores, peers.
Mensajes asincrónicos
Sintaxis y semántica. Canales. Operaciones.
Filtros. Redes de Filtros.
Clientes/Servidores. Algoritmos clásicos. Monitores activos. Continuidad conversacional.
Peers. Intercambio de valores. Cálculo de la topología de una red.
Mensajes asincrónicos en lenguajes reales MPI. Extensión de lenguajes secuenciales con
bibliotecas específicas.
Mensajes sincrónicos
Sintaxis y semántica.
Conceptos de CSP.
Comunicación guardada. Sintaxis y semántica.
Filtros. Clientes y servidores. Asignación de recursos.
Interacción entre procesos paralelos.
Ejemplos.
Mensajes sincrónicos en lenguajes reales: OCCAM. Constructores secuenciales y paralelos.
Comunicación y sincronización. Ejemplos
Linda: extensiones para el manejo de PM en arquitecturas mono y
Linda. Estructuras de datos distribuidas
El concepto de bag of tasks.
Espacio de tuplas e interacción entre procesos.
Ejemplos
Remote Procedure Calls y Rendezvous.
Similitudes y diferencias.
RPC: Sincronización en módulos.
Discusión revisada de aplicaciones.
RPC en lenguajes reales: Java. RMI. Ejemplos.
Rendezvous en lenguajes reales: Ada. Tasks y sincronización. Ejemplos
Primitivas múltiples
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La notación de primitivas múltiples.
MPD. Componentes de programa. Comunicación y sincronización. Ejemplos
Implementaciones
Conceptos de implementación de mecanismos de comunicación y sincronización en
ambientes distribuidos.
10 de Septiembre al 3 de Octubre
Unidad o eje temático: 5 - Introducción de lenguajes de programación
Contenidos: Resolución de problemas mediante diferentes paradigmas de interacción entre
procesos: Servidores replicados, algoritmos heartbeat, algoritmos pipeline, pruebaeco,
broadcast, token passing, manager/workers.
Ejemplos. Comparación de alternativas.
10 al 17 de Octubre
Unidad o eje temático: 6 - Introducción a la Programación Paralela
Contenidos: Computación científica.
Necesidad del paralelismo.
Diseño de algoritmos paralelos.
Métricas. Conceptos de speedup y eficiencia.
La ley de Amdahl y la ley de Gustafson.
Concepto de escalabilidad.
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22 al 31 de Octubre
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