Gest

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Gestão da Carga em Sistemas Distribuídos

• Algumas Considerações

Luís Paulo Peixoto dos Santos
Departamento de Informática Universidade do Minho
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Índice

• Caracterização
• Escalonamento ao nível da aplicação
• Estratégias Estáticas vs. Dinâmicas
• Avaliação das Soluções
• Informação Incompleta e Incerteza
• Conclusões

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Caracterização
4
Caracterização
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Escalonamento
Alocação de recursos a tarefas - Problema de
escalonamento bi-dimensional

• Escalonamento Local - responsabilidade do S.O.
• Escalonamento Global - entre os nodos

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Escalonamento

• Objectivos -
• minimização do tempo de execução
• maximização do débito do sistema
• previsibilidade dos tempos de resposta
• maximização da utilização dos recursos
• fiabilidade do sistema
• Tarefas - informação relacionada com a carga
• Sistema - capacidades absolutas dos rescursos e
  respectivo estado actual

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Escalonamento

• Escalonador - decide, em cada instante, qual a
  acção mais adequada baseado naquilo que sabe
  sobre o ambiente e nos seus objectivos.
• Agente autónomo que observa o ambiente através
  dos seus sensores e age sobre o mesmo através dos
  actuadores.
• Autonomia - o agente determina o seu
  comportamento sem a intervenção de sistemas
  externos.

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Escalonamento

• Estático / Dinâmico
• Estático - lista de pares (tarefa, recurso)
  gerada antes da execução.
• Possível se os requisitos das tarefas e as
  capacidades dos recursos forem conhecidas.

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Escalonamento
Escalonamento Dinâmico - gerado em tempo de
execução usando um conjunto de regras que geram
acções com vista a redistribuir a carga pelo
sistema
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Escalonamento Dinâmico

• Decidir sem considerar o estado do sistema
• Ex. Aleatório
• Decidir considerando o estado do sistema
• Usar o estado do sistema para
• alterar os parâmetros da política de decisão
• mudar de política de decisão

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Escalonamento ao Nível da Aplicação

• Sistema Distribuído Partilhado partilhado em
  simultâneo por vários utilizadores e respectivas
  aplicações.Desempenho dos recursos varia ao
  longo do tempo.
• Escalonamento ao Nível da Aplicação
  escalonamento efectuado pela própria aplicação,
  com vista a atingir os seus objectivos, em
  competição com outras aplicações que partilham o
  mesmo conjunto de recursos.

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Escalonamento ao Nível da Aplicação

• Eficiência do escalonador embebido na aplicação
  implica
• Conhecimento sobre as características do sistema
  e sobre a estrutura e requisitos da aplicação
• Informação dinâmica sobre o estado sistema
• Previsão do desempenho da aplicação e do sistema
• Modelo de execução
• Avaliação dos recursos em função do desempenho
  que entregam à aplicação
• Recursos partilhados no tempo

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Políticas Estáticas vs. Dinâmicas

• Características do ambiente Flexibilidade do
  escalonador
• Acessível vs. Inacessível
• Os sensores dão ao agente informação completa,
  precisa e actualizada sobre o estado do sistema
  ???
• Determinístico vs. Não-Determinístico
• As consequências de cada acção são perfeitamente
  conhecidas, isto é, o agente sabe qual o estado
  do sistema após a execução de cada acção ???
• Estático vs. Dinâmico
• Não existe qualquer outro processo a actuar no
  sistema além do agente ???

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Políticas Estáticas vs. Dinâmicas

• Sistema Distribuído Partilhado
• Dinâmico
• Coexistem várias aplicações e processos
• Inacessível
• O ambiente é demasiado complexo para que o
  escalonador possa considerar todos os factores no
  seu modelo de execução
• A informação desactualiza-se -- envelhecimento da
  informação
• Não-determinístico
• Cada acção pode ter um leque variado de
  resultados
• Política Dinâmica

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Oportunidades de Adaptação

• Correcção das previsões sobre o comportamento do
  sistema e da aplicação
• Correcção de imprecisões no modelo de execução
• Controlo da relação Custo - Desempenho

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Desempenho e Eficiência
O escalonador consome os recursos que está a
gerir!
CPU - tomada de decisões Largura de Banda -
aquisição de informação e execução de
acções Memória - programa estruturas de dados

• Desempenho - grau de satisfação dos objectivos
• relacionado com a qualidade das decisões tomadas
• Eficiência - medida dos custos, em termos de
  recursos consumidos
• relacionada com o nível de intrusão imposto no
  sistema

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Análise de Custos

• Custos Directos
• recursos consumidos directamente pelo escalonador
• dependem da complexidade da estratégia e da
  frequência com que os vários mecanismos são
  activados

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Análise de Custos Custos Directos
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Análise de Custos

• Custos Indirectos
• consequências das acções decididas pelo
  escalonador
• dependem da aplicação e do sistema
• A transferência de uma tarefa para outro nodo
  pode implicar
• movimentação de dados
• replicação de trabalho

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Instabilidade

• Excesso de actividade do escalonador sem que o
  sistema convirja para um estado mais desejável
• Exemplo intolerância a pequenas diferenças de
  carga

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Avaliação

• Pretende-se maximizar o desempenho, não a
  eficiência
• Grandes custos sugerem que o desempenho pode ser
  melhorado
• ORIENTAÇÕES
• Minimização do número de transferências de
  trabalho
• Maximização de transferências bem sucedidas

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Informação Incompleta e Incerteza

• Mais informação sobre
• o estado do sistema
• o estado das tarefas
• a estrutura da aplicação
• significa
• decisões de maior qualidade

Ambiente inacessível logo informação
incompleta
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Informação Incompleta e Incerteza

• Ignorância Teórica - não existe nenhuma teoria
  que indique todos os factores a considerar
• Laziness - qualquer representação de um problema
  real é uma simplificação dos objectos e relações
  existentes no mundo
• Ignorância Prática - mesmo para os factores
  considerados no modelo de execução é demasiado
  custoso, ou mesmo impossível, manter informação
  actualizada, precisa e completa sobre todos eles

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Informação Incompleta e Incerteza

• A incerteza pode ser incluída explicitamente no
  modelo de execução do escalonador
• Variáveis estocásticas
• Transições estocásticas

P(X)
0.8
0.6
0.4
0.2
X
X1
X2
X4
X3
X5
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Conclusões

• A gestão da carga é um problema de escalonamento
• O escalonamento ao nível da aplicação em sistemas
  distribuídos partilhados exige estratégias
  dinâmicas
• A avaliação de um escalonador deve considerar o
  desempenho e a eficiência com que esse desempenho
  foi conseguido
• A incerteza sobre o estado actual do sistema deve
  ser incluída, implícita ou explicitamente, no
  modelo de execução do escalonador