Spd

Systèmes parallèles et distribués

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Systèmes parallèles et distribués  



 

1- Introduction 2- Architecture d’un système d’exploitation distribué ou réparti 3- Communications dans les systèmes distribués 4- Gestion répartie des fichiers 5- Protection 2

Systèmes parallèles et distribués Introduction

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Introduction SYSTÈME Expl. DISTRIBUÉ = SYSTÈME POSSÈDANT PLUSIEURS PROCESSEURS COOPÉRANTS OBJECTIFS Coût : plusieurs processeurs à bas prix Puissance de calcul et de stockage : aucune machine centralisée ne peut rivaliser Performance (accélération) : via du calcul parallèle Adaptation : à des classes d'applications réelles naturellement distribuées Fiabilit é : résistance aux pannes logicielles ou matérielles Extensibilité : croissance progressive selon le besoin 

 

 

 

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Introduction Avantages partage de données partage de périphériques Communication souplesse (politiques de placement) 

   

Inconvénients logiciels : moins de logiciels disponibles réseaux : saturation et délais sécurité : piratage 

  

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Introduction Classification de Flynn (1972)  nombre des flux d'instructions  nombre des flux de données SISD : un seul flux d'instruction et un seul flux de données (ordinateurs centralisés) SIMD : un seul flux d'instruction et de multiples flux de données (machines //, vectorielles) MISD : multiples flux d'instruction et un seul flux de données (pas de machine réelle ) MIMD : multiples flux d'instruction et de multiples flux de données 



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



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Introduction M IM D S y s t è m e s p a r a l lè le s e t d i s t r i b u é s Fortement couplés

Faiblement couplés

M u lt i p r o c e s s e u r s m é m o ir e s p a r ta g é e s

Bus

C o m m u ta te u r

•Sequent Encore •RP3 et SPx d’IBM •Sun Enterprise Serveurs

M u l t i c a lc u la t e u r s M é m o ir e s p r iv é e s

C o m m u ta te u r •Transputer •Machines parallèles à mémoires réparties

R é se au •Stations de travail sur LAN •Grappes de PC sur Etherswitch, ou réseau Myrinet •Grilles sur WAN

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Introduction Classification  La classification est parfois floue et imprécise  Systèmes d’exploitation faiblement couplés réseaux d'ordinateurs indépendants (et alors les ordinateurs indépendants avec réseau défaillant continuent +/- à fonctionner)  Systèmes d’exploitation fortement couplés multiprocesseurs faits pour exécuter un seul programme en // (jeu d'échecs, calcul scientifique) machines dédiées (// intra-requete sur BDs cf Oracle //, Informix, etc) 8 

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



Introduction Systèmes d’exploitation distribués



Multiprocesseurs multicalculateurs Systèmes d’exploitation S.E faiblement couplé réseau S.E fortement couplé Systèmes multiprocesseurs à temps partagé 

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Introduction 

La combinaison la plus fréquente : matériels et logiciels faiblement couplés 

  

 

Connexion point à point

Postes avec SE indépendants Partage des imprimantes Accès à un autre poste en mode terminal  Internet  Réseaux locaux  FTP, TELNET Stations NT Windows Workgroups  HTTP, RTLOGIN, …

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Introduction Système d’exploitation réseau Postes indépendants + serveurs de fichiers Systèmes de fichiers partagés NFS Gestion centrale des utilisateurs CD, NIS, … 

  

 

Novell, LanManager Unix +NFS, NTServer Services Poste client

Serveur De Fichiers Question

Poste client

Poste client

LAN

Réponse

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Introduction Systèmes distribués Un système distribué est un système qui s'exécute sur un ensemble de machines sans mémoire partagée , mais que l'utilisateur voit comme une seule et unique machine au point que la défaillance d'une machine dont l'utilisateur ignore jusqu'à l'existence peut rendre sa propre machine inutilisable ... 



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Introduction Caractéristiques Possédant un mécanisme de communication interprocessus unique et global permettant le dialogue entre deux processus quelconques Possédant un système de protection unique et global Possédant un mécanisme de gestion de processus unique Possédant un ensemble d'appels système unique, disponible sur toutes les machines Possédant un noyau de système d'exploitation identique implanté sur toutes les machines Possédant un mécanisme de gestion de mémoire identique 

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  

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

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Introduction Système multiprocesseur à temps partagé Un ensemble de processeurs "symétriques" Une mémoire commune et un espace disque commun Tous les programmes sont stockés dans la mémoire partagée Une file d'attente unique des processus exécutables se trouvent dans la mémoire partagée L'Ordonnanceur travaille en section critique pour éviter que deux UC ne choisissent le même processus à exécuter L'exclusion mutuelle peut être réalisée en utilisant des 14 sémaphores, moniteurs, ... 

  







Introduction

Mémoire E prêt

UC 1

Processus A en exécution Cache

UC 2

Processus B en exécution Cache

UC 3

Processus C en exécution Cache

D prêt C en exécution B en exécution A en exécution

Disque local

File d’exécution : D, E Noyau SE

bus

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Introduction 

Tableau de synthèse sur la classification des systèmes d’exploitation Questions

S.E.Rés

S.E.Dist.

S.E. Mem.Par.

Ressemble-t-il à un monoprocesseur virtuel

Non

Oui

Oui

Doit-on avoir le même système d’exploitation ’’ local ’’

Non

Oui

Oui

Combien y-t-il de copies du système d’exploitation

N

N

1

Messages

Mémoire Partagée

Non Mais coopération

Oui

Quel mode de communication d’information naturel Existe-t-il une seule file d’attente des exécutables

Fichiers partagés + Messages

Non

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Introduction Critère de conception d’un S.E.D ou d’un système opératoire sur une architecture distribuée  Transparence Même mode d'utilisation que celui d'un système centralisé à temps partagé : 



au niveau d'un l'utilisateur et au niveau d'un programme (appels au Type de Transparence Signification système ) Transparence à l’emplacement L'utilisateur ne connaît pas où sont situées les ressources Les ressources peuvent être déplacées sans modification Transparence à la migration de leur nom Transparence à la duplication L'utilisateur ne connaît pas le nombre de copies existantes Plusieurs utilisateurs peuvent partager en même temps les Transparence à la concurrence mêmes ressources Des tâches peuvent s'exécuter en parallèle sans que les Transparence au parallélisme utilisateurs le sachent 17

Introduction  

Facilité de modification, de configuration et d’extension Utilisateur

Utilisateur Noyau Monolithique

École Monolithique 



1 Unix Linux

Souplesse

Micronoyau

Serveur de Fichiers Micronoya u



Windows NT



Mach ‘‘Unix/Posix’’

ers

Serveur de répertoires

Serveur de processus

Micronoyau

Micronoyau

École Micronoyau 

Bus / Réseaux locaux

Idée intéressante qui permet de bâtir un système opératoire pour grappe ou grille, sur des systèmes d’exploitation usuels

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Introduction Fiabilité  Disponibilité La disponibilité est la fraction de temps pendant laquelle le système est utilisable : limiter le nombre des composants critiques dupliquer les parties clés des composants logiciels et matériels (redondance)  Sécurité → Savoir maintenir la cohérence des copies 



 





Les ressources doivent être protégées contre des utilisations abusives et malveillantes. En particulier le problème de piratage des données sur le réseau de communication  Tolérance aux pannes Le système doit être conçu pour masquer les pannes aux utilisateurs. La panne de certains serveurs (ou leur réintégration dans le système après la réparation) ne doit pas perturber l'utilisation du système en terme de fonctionnalité (NFS sans état par exemple) 19

Introduction 

Performances

Critères Temps de réponse Débit ‘‘Nombre de travaux par heure’’ Taux d’utilisation du système Pourcentage d’utilisation de la bande passante du réseau 

   

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Introduction

Problèmes  La communication est en général assez lente dans les systèmes distribués par rapport à l’accès fichier  Le mécanisme de tolérance aux pannes requiert beaucoup d'opérations " inutiles" si pas de panne  Solutions Minimiser les échanges de message par exemple en faisant en sorte de :  Maximiser des granules grosses (gros grains) et éviter des grains fins pour les calculs à distance  Réduire le champ d'application des mécanismes de reprises sur pannes (car cela engendre des transmissions d'information, et donc, les réserver aux parties critiques) 



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Introduction Dimensionnement Goulots d’étranglement potentiels 



Concepts

Exemple

Composants centralisés

Un seul serveur de courrier pour les utilisateurs

Tables centralisés

Un seul annuaire en ligne

Algorithmes centralisés

Avoir un routage qui nécessite une connaissance totale du réseau

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Introduction Caractéristiques des algorithmes distribués Aucun processus n'a une information complète sur l'état du système Les processus prennent des décisions à partir des seules informations locales disponibles La panne d'un processus n'empêche pas l'algorithme de fonctionner On ne fait pas l'hypothèse de l'existence d'une horloge physique globale entre les machines sur lesquelles tournent les processus mettant en oeuvre l'algorithme 23 









Structuration des systèmes 

Monolithiques;



A couches;



Client/Serveurs ou Micro-noyau.

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Structure d’un système monolithique 





Collection de procédures qui collaborent à la réalisation de fonctions complexes. Chaque procédure est visible a toutes les autres, et peut appeler a tout moment n'importe quelle autre; Exemple: UNIX

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Structure d’un système monolithique 

Les services (Appels système) offerts par le SE sont adressées en :  mettant les paramètres dans des registres ou la pile; et en exécutant une instruction spéciale nommée appel au noyau ou appel au superviseur;  Le SE examine alors les paramètres pour déterminer l'appel système a exécuter (pointeur sur l'appel système) 26

Structure d’un système monolithique 



Le SE appelle la procédure correspondante (localisation et identification du service, qui est ensuite appelé); Le contrôle est rendu au programme de l'utilisateur;

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Structure d’un système monolithique  

Système monolithique

Le système = un ensemble de procédure dont chacune peut appeler n’importe quelle autre.  contraintes  Absence de structure  Absence d’encapsulation  Visibilité réciproque des procédures

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Structure d’un système monolithique

Un simple modèle de structuration d’un système monolithique 29

Structure d’un système à couches 





Vu comme un ensemble de couches logiciels superposées. Chaque couche utilise les couches inférieures et fournis un service supplémentaire aux couches supérieures Exemple: THE, MULTICS,..

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Structure d’un système à couches utilisateur Inter de com

Prog. d’app

Gérant de fichiers Gestion des périphériques et d ’Interruptions

utilisateur Inter de com

Prog. d’app

Gérant de fichiers Allocation de ressources Gestion des E/S Gestion de la Mémoire

Matériel Mono-utilisateur monotâche

Gestion des IT et des processus

Matériel Idéal

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Structure d’un système micro-noyau  



Micro-noyau

Principe : Un noyau minimaliste et tout le reste du sytème sous forme de service en espace utilisateur On construit n’importe quel système au dessus du noyau

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Structure d’un système micro-noyau 

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 





Déplacer le plus possible du noyau en espace utilisateur Place à la communication entre les module utilisateur par passage de messages  avantages: facilité d’extension du micronoyau facilité de portabilité du système d’exploitation vers de nouvelles architectures plus fiable (moins de code en exécution en mode noyau) plus de sécurité 33

Structure d’un système micro-noyau 





Certaines fonctions complexes du système sont sorties du système proprement dit et confiées à des serveurs indépendants (serveur de fichiers, de mémoire, etc…) Les processus utilisateur (clients) et les serveurs s ’exécutent en mode utilisateur; La communication entre clients et serveurs se fait par envoi de messages à travers le noyau du système (mode noyau) 34

Structure d’un système micro-noyau 







Système configurable: changer les serveurs pour obtenir une meilleur adéquation; Système transportable: il suffit de réécrire la couche micro-noyau qui coordonne tous les serveurs; Incorporation des systèmes existants(DOS, UNIX) Se prête bien à une utilisation sur les systèmes distribués(Amoeba, Mach, …). 35

Structure d’un système micro-noyau

Modèle de client-server 36

Structure d’un système micro-noyau

Modèle de client-server dans un système distribué 37

Structure d’un système micro-noyau

Structure Windows NT Client-Server 38

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 

Qu'est ce qu'un système réparti ?

On peut employer le terme de système réparti ou distribué lorsque le système dispose d'un ensemble de processus communicants, installés sur une architecture de processeurs, dans le but de résoudre en coopération un problème commun

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

Un système réparti doit s'appliquer à créer, sur cette architecture, une machine virtuelle unique dans le but de faire abstraction de la distribution de l'architecture. L'utilisateur doit, par le biais de ce système, avoir une vue globale de celle-ci et utiliser ses fonctionnalités sans se préoccuper du lieu où celles-ci sont mises en oeuvre. Le schéma ci-dessous présente un exemple d'architecture distribuée. 41

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

Un système réparti est une couche logicielle au dessus de la couche matérielle. Il est susceptible d'utiliser un ensemble de machines hétérogènes, appelées plus communément "sites". Chaque site peut avoir un ou plusieurs processeurs, de la mémoire, une horloge et des capacités de stockage ( disques ).

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

La communication entre les sites est assurée via un réseau d'interconnexion qui peut être un réseau local, voire un réseau plus large ou tout simplement un réseau de processeurs sur une machine parallèle. Cette approche du système réparti est proche de celle énoncée par Tanenbaum et Van Renesse 44