1. Scopurile și paradigmele de comunicare în perspectiva concurenței;
Scopurile IPC (Transfer de date, Partajare P artajare de date, Avizul evenimentelor, Controlul procesului) Paradigme de comunicare (Memorie comuna, Transfer de mesaje, Invocare la distanta) Transmisii bazate pe mesaje (send by copy/ send by reference, fixed size/variable size messages, direct/indirect, symmetric/asymmetric, synchronous/asynchronous, automatic/explicit buffering). Comunicare directa – directa – procesele comunica direct intre ele. Comunicare indirecta – indirecta – mesajele sunt transmise si primite printr-un intermediar (mailbox, c anal). Sincronizare transmitere (Blocking send, Nonblocking send, Blocking receive, Nonblocking receive). Buffering (Zero capacity, bounded capacity, unbounded, automatic buffering, explicit buffering). Invocarea la distanta ascunde comunicatiile intre procese sub forma apelurilor obisnuite de procedure. 2. Mecanisme de comunicare comunicare (file mapping, sockets, sockets, pipes, message queue, rpc/rmi, rpc/rmi, wcf, etc.): prezentare generală;
Fiecare proces operează în propriul său spaţiu de adrese virtuale, iar de evitarea interferenţelor dintre procese se ocupă sistemul de operare. Implicit un proces nu poate comunica cu un alt proces numai dacă face uz de diverse mecanisme de comunicare gestionate de kernel(nucleul sistemului de operare). Există totuşi diverse situaţii în care procesele trebuie să coopereze, să împartă resurse comune sau să îşi sincronizeze acţiunile. Există mai multe metode de comunicare între procese:
fişiere – este cel mai simplu mecanism de comunicare interproces. Un proces scrie într-un fişier iar celălat proces citeşte din fişier. semnale – sunt utilizate pentru a semnala asincron evenimente între procese pipes – un pipe conectează ieşirea standard a unui proces cu intra rea standard a altuia. cozi de mesaje – este o listă legată de spaţiul de adresare a kernel-ului semafoare – sunt contoare utilizate pentru a gestiona accesul la resursele utilizat în comun de mai multe procese Cel mai des sunt folosite ca şi mecanism de blocare a unei resurse pentru a preveni accesul simultan a mai multor procese la o anumită resursă. Sockets- permit realiazrea de conexiuni între procese locale sau în reţea.
3. MPI (Message (Message Passing Interface): Interface): caracteristici caracteristici generale;
Modelul MPI defineste un calcul ca o colectie de procese secventiale ce coopereaza coo pereaza prin transfer de mesaje. Caracteristicile MPI : Semantica interfetei este independenta de limbaj Permite comunicatie eficienta punct-la-punct si punct-multipunct in medii eterogene Contine rutine pentru definirea de topologii virtuale de grup. Ofera simplitate si completitudine (orice algoritm paralel poate fi implementat folosind biblioteca de functii MPI) Este compozabil, deoarece permite interactiuni cu compilatoare, depanatoare… Interoperabilitate inter-limbaj
4. MPI (Message (Message Passing Interface): Interface): tipuri de comunicare (sincron/blocant/nonblocant) (sincron/blocant/nonblocant).. Operații de bază;
Operaţiile de bază pentru comunicarea punct la punct sunt send şi receive. În MPI ele apar ca extensii necesare ale operaţiilor similare din alte biblioteci de comunicare prin mesaje.
Tipuri de comunicare :
Invocation): arhitectura și caracteristicile generale; 5. RMI (Remote Method Invocation):
Caracteristici :
Permite colaborarea obiectelor aflate în ma¸sini virtuale diferite.
Permite unei aplica¸tii s˘a apeleze metode ale unui obiect aflat în alt spa¸tiu de
adrese. Implementeaza solutii (la nivel distribuit) pentru (identificarea obiectelor externe (remote ), ), trimiterea parametrilor ¸si primirea rezultatelor, tratarea exceptiilor, gestiunea memoriei) Portabilitate
Arhitectura RMI : Separarea conceptelor de comportament si implementare
6. .Net Remoting: arhitectura și caracteristicile generale;
Arhitectura - Referinţa sau reprezentatul obiectului remote în domeniul aplicaţiei client este un obiect ce poarta numele de proxy transparent. Acest proxy permite apelul
metodelor să fie apelate la distanţă (asupra unui obiect aflat în spaţiul altui domeniu). De fiecar e dată apelul către o metodă va fi convertit într -un mesaj iar acest mesaj va parcurge o serie de paşi în funcţie de necesităţile aplicaţiei. Va trece mai întâi printr -un pas de serializare în care formatorul converteşte mesajul într -un format pentru transport
.
Caracteristici :
Remoting este procesul de programe sau componente care interacționează între anumite limite (de exemplu, procese sau mașini). Infrastructura remoting este o abordare abstractă pentru comunicarea
interprocese. Tehnologia NET Remoting oferă fundamentul pentru aplicații distribuite.
. NET Remoting înlocuiește DCOM.
7. Nivelele și mecanisme de specificare a concurenței în UML;
Nivele (Sistem, Obiect, Operatie). Mecanisme (Sintactic, Semantic, Meta-semantic)
8. Specificarea concurenței în UML: diagramele de clasă;
9. Specificarea concurenței în UML: diagramele structurii compuse;
10. Concurența și diagramele cazurilor de utilizare;
11. Specificarea concurenței în UML: diagramele de secvență;
12. Specificarea concurenței în UML: diagramele de stare și activități;
13. Aspecte critice ale modelării concurenței utilizând UML;
14. Deficiențe în proiectarea concurenței. Anomalii de moștenire.
În cazul unor sisteme informatice ce includ activități concurente se acutizează efectele de dispersie a funcționalităților și a codului confuz. Sincronizarea și comunicarea inerentă acestor sisteme face elaborarea de software dificilă implicând dificultăţi de reutilizare din cauza unor conflicte dintre codul de implementare a funcționalităților de bază și a funcționalităților de organizare a concurenței (sincronizare, planificare, protecție, etc.). Se disting trei clase generice pentru anomalii în care conceptul moștenirii ca formă de reutilizare este mult diminuat: Anomalii determinate de istoric ( history-sensitive anomaly – l. eng.); Anomalii de partiționare a stărilor abstracte ( partitioning of states – l. eng.); Anomalii de modificare a stărilor abstracte ( modification of acceptable states – l. eng.). Anomalia determinată de istoric ne poate oferi un exemplu clasic în care moștenirea își pierde din esența sa pentru reutilizare, căci în clasa derivată sunt introduse noi operații care impune cerințe noi de sincronizare, ce pot forţa redefinirea celorlalte operaţii [4]. Pentru descrierea anomaliei de partiționare a stărilor abstracte este nevoie să definim comportamentul unui obiect BoundedBuffer prin trei stări abstracte posibile: empty , partial și full . Astfel dacă starea obiectului devine empty se inhibă apelul metodei get(). În mod firesc, nu poate fi apelată metoda put(), dacă starea obiectului este full . Anomalia de modificare a stărilor abstracte este determinată de faptul că adăugarea unei noi operații poate forța modificarea altor operații, ce nu ar fi fost necesară, dacă noua operație nu ar fi. Pentru investigarea fenomenului discutat ce apare la reutilizarea codului în contextul concurenței în lucrarea [2] s-a recurs la formalizarea anomaliilor. Rezultatele analizei formale prezentate în lucrare a surprins puțin comunitatea științifică. Ușor se remarcă următoarele enunțuri care ies în evidență dintr un conținut mai larg al cercetării:
Noțiunea de tip al unei clase în mod firesc trebuie să cuprindă și toate versiunile comportamentale concurente ale aceleiași clase, menținându-le separate, în scopul reutilizării ulterioare (acest fapt este oarecum aproape de cercetările Barbarei Liskov referitoare subtipizării comportamentale *8+); Anomaliile de moștenire sunt comune și altor paradigme decât programării obiect-orientate: de exemplu programării orientate pe agenți (fundamentată pe modelul Actor *9,10,11+); Anomalia fiind prezentă în implementare, nu în mod obligatoriu, cauzează probleme practice (în mod cert putem identifica anomalii și într-un context secvențial al programării obiect-orientate); Problema anomaliilor de moștenire într-o formă sau alta încă nu poate fi rezolvată, ci mai degrabă diminuate efectele nefaste induse de anomalii.
15. Procese arhitecturale și concurența.
Arhitectura este un proces în cazul în care rezultatul este satisfacția părților interesate față de cerințele arhitecturale. În contextul arhitecturii software-ului, abstractizarea este unul dintre principiile de bază. Surprinde prin încapsularea proprietățile esențiale ale unui sistem. Un sistem poate fi compus din mai multe niveluri de abstractizare și multe faze de funcționare, fiecare cu arhitectura software proprie. Arhitectura poate fi descrisă în cinci puncte principale de vedere: logic, proces, fizică, de dezvoltare și scenarii;
16-19. Modele conceptuale pentru concurenta O arhitectură concurentă presupune definirea modelului comportamental specific problemei, iar pentru aceasta este necesar de identificat semantica interacțiunilor și de potrivit mecanismele pentru sincronizare/coordonare…
20. Modele matematice in concurenta Numeroase modele formale au fost studiate pe parcursul ultimilor 20-25 ani. Semanticele formale definite de acestea pot fi clasificate conform următoarelor dihotomii [1,2]:
Semantici intensionale și extensionale, Semantici de întrepătrundere ( interleaving – eng.) și de adevărată concurență (True concurrency – eng.), Semantci cu timp ramificat (branching time – eng.) și cu timp liniar (linear time eng).
Specificând sistemele ca „mașini”, determinate de stări (și de posibile tranziții între ele), obținem modele intensionale . Aceste modele descriu ce fac sistemele, astfel acestor semantici li se mai spune operaționale. M odelele extensionale (zise și comportamentale) se bazează pe denotații, care se focusează pe observații asupra sistemului. Astfel modelele extensionale se pot descrie lejer în termeni de șabloane comportamentale. Concurența este implicită în modelele cu o adevărată concurență, iar comportamentul este descris în termeni de dependențe cauzale. În modelele cu întrepătrundere concurența este redusă la întrepătrunderea nedeterministă a acțiunilor. Ultima dihotomie separă modelele în modele care descriu concurenț a în termeni de mulțimi de execuții (parțiale) posibile (modele cu timp liniar ) și modele în care se specifică ramificările nedeterministe de execuție (modele cu timp ramificat ). [3] Relațiile formale dintre modelele enunțate au fost analizate de mai mulți cercetători. Aici se menționează lucrarea [4], în care translarea dintre modele este studiată în termeni ai teorii categoriilor. Astfel variind caracteristicile esențiale ale dihotomilor sus -menționate obținem opt modele, mai exact opt clase de modele, pr ezentate în Figura 1.
Figura 1 – Modele matematice pentru concurență Plasînd modelele din Figura 1 într-un spațiu tridimensional relativ celor trei dihotomii
obținem o reprezentare „spațială” a modelelor matematice pentru concurență Figura 2. Aceasta ne poate permite facilitarea înțelegerii modelelor și relațiilor dintre ele.
Figura 2 – Reprezentarea „spațială” a modelelor matematice pentru concurență
21. Șabloane primare concurente: Single Threaded Execution, Guarded Suspension, Balking, Scheduler, Read/Write Lock, Producer-Consumer, Two-Phase Termination.
Single thread execution[Grand98] sinopsis Unele date metode de acces sau alte resurse într-un mod care produce rezultate incorecte în cazul în care exista apeluri simultane la o metodă și ambele solicită acces la date sau alte resurse în același timp. Single thread execution rezolvă această problemă prin prevenirea apeluri simultane a metodei de la care rezultă în execuții concurente ale metodei. context Să presupunem că sunteți scris software-ul pentru un sistem care monitorizează fluxul de trafic pe o autostradă importantă. Senzorii din drum monitoriza numărul de mașini care trece pe minut în locații strategice pe autostrada. senzori trimite informații către un calculator central care controlează semne electronice situate în apropierea noduri. semne afișa mesaje conducătorilor auto, sfătuindu-i de condițiile de trafic, astfel încât acestea să poată selecta rutele alternative. La locurile din drum în cazul în care senzorii măsoară fluxul de mașini, există un senzor pentru fiecare bandă de circulație. Senzorul de la fiecare culoar este conectat la un controller care totalizează numărul de mașini care trec acel loc în fiecare rutiere minute.Regulatorul este atașat la un emițător care transmite totală a fiecărui minut de la calculatorul central. Mai jos este o diagramă de clasă, care prezinta aceste relații.
Guarded suspension sinopsis Suspenda executarea unui apel de metoda pana cand o condiție prealabilă este îndeplinită. Context .Să presupunem că trebuie să creați o clasă care implementează o structură de date Queue. O coada este o premieră în prima din structura de date. Obiectele sunt eliminate dintr-o coadă, în aceeași ordine în care sunt adăugate.Clasa de jos diagramă arată o clasă coadă.
Balking sheduler sinopsis În cazul în care una dintre metodele unui obiect se numește atunci când obiectul nu este într-o stare corespunzătoare pentru a executa acel metoda, au retur metoda, fără a face nimic. Să presupunem că sunteți scris un program de a controla un spălător toaletă electronică. Astfel de dispozitive sunt destinate pentru utilizarea în băi publice. Ei au un senzor de lumina montat pe partea din față a spălător. Când senzorul de lumină detectează o creștere a nivelului de lumină, se presupune că o persoană a părăsit toaletă și declanșează o culoare. Electronic spălător de toaletă au, de asemenea, un buton de pe ele, care poate fi utilizat pentru a declanșa manual o culoare. Mai jos este o diagramă de clasă arătând clase pentru a modela acest comportament.
Read/Write Lock Permiteți accesul concurent la citit un obiect, dar au nevoie de acces exclusiv pentru operațiunile de
scriere. Citeste / Scrie model Lock organizează o clasă, astfel încât apeluri simultane la metode care aduce și stoca său Informații exemplu, sunt coordonate de către o instanță de o alta clasa.Diagrama de clase următor prezintă rolurile faptul că clasele juca în modelul de blocare citire / scriere.
Producer-Consumer Coordonează producția și consumul asincron de informații sau obiecte.
Two phase termination Prevadă pentru oprire ordonată a unui fir sau proces prin stabilirea unui latch.Firului sau Procesul verifică valoarea de blocare în puncte strategice din executarea acestuia. Există două tehnici de bază pentru închiderea un fir sau un proces. O modalitate este de a imediat rezilia le.Alt mod este de a întreba firul sau proces de a rezilia și apoi se așteaptă ca aceasta să se conformeze . Cererea de prima desfășoară oricare necesară de curățare și apoi de încheiere. Diagrama de clase următor prezintă o clasa care s-ar putea folosi pentru a coordona închiderea unui
proces:
22. Principiile AOP aplicate la implementarea codului de sincronizare.
a) Enchevêtrement du code (code tangling) L'enchevêtrement du code est provoqué quand un module est implémenté pour traiter plusieurs préoccupations en même temps. Un développeur a souvent affaire, pendant qu'il développe un module, à des préoccupations telles que la logique métier, la gestion transactionnelle de la persistance, le logging, la sécurité, etc... (Figure). Cela conduit à la présence simultanée d'éléments issus de chaque préoccupation et il en résulte en un enchevêtrement du code.
b) Éparpillement du code (code scattering) L'éparpillement du code survient quand une préoccupation est implémentée dans plusieurs modules. Les préoccupations transversales sont, par définition, dispersées à travers plusieurs modules. Par exemple, dans un système utilisant une base de données, le logging est une préoccupation implémentée dans tous les modules qui accèdent à la base (Figure).
Méthodologie de l'AOP
développement dans une méthodologie AOP
Etapes de
Décomposition aspectuelle : Les besoins sont ici décomposés pour identifier les préoccupations fonctionnelles et transversales. Par exemple, un développeur pourra identifier les préoccupations suivantes : logique métier, logging, cache, gestion transactionnelle de la persistance, authentification, etc. Ensuite, il pourra décider que seule la logique métier est une préoccupation fonctionnelle. Toutes les autres préoccupations sont des préoccupations transversales au système et qui vont être utilisées par plusieurs modules. Implémentation des préoccupations : Chaque préoccupation est implémentée indépendamment des autres. Comme pour l'exemple du paragraphe précédent, le développeur aura à implémenter la logique métier, le logging, le cache, la gestion transactionnelle de la persistance, l'authentification, etc. Recomposition aspectuelle : Des règles de recompositions sont spécifiées en créant des unités appelées aspects. Le processus de recomposition, aussi connu sous l e nom de tissage ou d'intégration, utilise ces informations pour composer le système final. Comme pour l'exemple précédent, le développeur peut créer une règle qui s'assure que chaque opération effectuée par la logique métier doit d'abord être mise en journal (loggée).
23. Clasificarea lui Flynn. Extinderea clasificării Flynn. Cea mai cunoscută clasificare a arhitecturilor de calcul este cea propusă de Flynn (profesor la Stanford University) în 1966. Această clasificare nu examinează structura explicită a sistemelor ci urmăreşte fluxul de date şi de instrucţiuni prin acestea. Prin flux de instrucţiuni se înţelege secvenţa de instrucţiuni executată de o maşină sau unitate de execuţie; iar prin flux de date se înţelege secvenţa de date apelate de fluxul de instrucţiuni. După Flynn arhitecturile de calcul se împart în următoarele patru categorii: cu un flux de instrucţiuni şi un flux de date (SISD); cu un flux de instrucţiuni şi mai multe fluxuri de date (SIMD); cu mai multe fluxuri de instrucţiuni şi un flux de date (MISD); cu mai multe fluxuri de instrucţiuni şi mai multe fluxuri de date (MIMD).
Extinderea clasificării lui Flynn
O dată cu evoluţia arhitecturilor de calcul clasificarea lui Flynn a ajuns nesatisfăcătoare deoarece majoritatea arhitecturilor paralele se încadrează în cea de-a patra categorie, cea a arhitecturilor MIMD, şi doar câteva în categoria arhitecturilor SIMD. Astfel că ar fi necesară o împărţire mai fină cel puţin a arhitecturilor MIMD şi SIMD. Arhitecturile din categoria SIMD se mai pot împărţi în: sisteme ale căror procesoare operează asupra unui singur bit la un moment dat (bit-sliced);
sisteme ce sunt orientate pe cuvinte de biţi (word-sliced). Sistemele de calcul MIMD pot fi în continuare clasificate în funcţie de: modul de comunicare dintre elementele de procesare; tipul reţelei de interconectare; structura memoriei; localizarea fizică a elementelor de procesare.
24. Clasificarea Shore.
Se bazeazå pe modul de organizare a calculatorului, în pår¡ile sale componente(CPU, ALU, memorie de comenzi, memorie de date). Existå urmåtoarele tipuri de ma¿ini: Ma¿ina I – este o arhitecturå conven¡ionalå von Neumann, în care procesorul cite¿te din memorie to¡i bi¡ii unui cuvânt ¿i îi prelucreazå în paralel; Ma¿ina II – este similarå ma¿inii I, cu deosebirea cå procesorul cite¿te din memorie ¿i executå numai tran¿e de bi¡i; Ma¿ina III – este o combina¡ie a ma¿inilor I ¿i II, în care procesorul poate citi din memorie ¿i executa, atât un cuvânt întreg, cât ¿i tran¿e de bi¡i; Ma¿ina IV – este o arhitecturå formatå din mai multe ma¿ini de tipul I, care lucreazå în paralel, fårå så poatå comunica între ele, sub comanda unui singur flux de instruc¡iuni; Ma¿ina V – este similarå ma¿inii IV, dar procesoarele pot comunica între ele; Ma¿ina VI – este similarå ma¿inii V, dar comandå este distribuitå ¿i la memorie (exemplu: procesoarele asociative);
25. Notația structurală Hockney şi Jesshope.
C-Computer, E-procesor(ALU) -B-procesor in numere intregi –F-procesor in virgula mobile, P-procesor de orice tip, I-dispozitiv de control.
51 Arhitectura sistolica a firelor: Arhitectura sistolica a filtrelor FIR Pentru ca schema din Fig. 20
sa devina sistolica, ar trebui ca intercalat cu elementele deprocesare sa existe elemente de interziere (de memorie)
52.Algoritmul Canon de multiplicare paralelă a
matricilor.
