Masterkurs Parallele und Verteilte Systeme: Grundlagen und Programmierung von Multicoreprozessoren, Multiprozessoren, Cluster und Grid
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Vieweg + Teubner
2008
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXIII, 503 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 9783834803948 |
Internformat
MARC
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Datensatz im Suchindex
| _version_ | 1804137404645244928 |
|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Grundlagen..................................................................1
1.1 Historische Entwicklung der Rechensysteme..................................1
1.2 Technologiefortschritte........................................................................5
1.2.1 Leistungsexplosion und Preisverfall der Hardware................6
1.2.2 Fortschritte bei lokalen Netzen...................................................6
1.2.3 Aufkommen von Funkverbindungen und mobilen Geräten..9
1.2.4 Übernetzwerk Internet...............................................................11
1.3 World Wide Web (WWW)................................................................12
1.3.1 Web 2.0.........................................................................................12
1.3.2 Web 3.0.........................................................................................15
1.3.3 Web 4.0.........................................................................................16
1.3.4 E-World........................................................................................17
1.3.4.1 E-Business..............................................................................17
1.3.4.2 Weitere E-Applikationen.....................................................19
1.4 Selbstorganisierende Systeme..........................................................20
1.4.1
On Demand
Computing.............................................................20
1.4.2 Autonomie Computing..............................................................22
1.4.3
Organic
Computing....................................................................22
1.5 Parallele versus Verteilte Verarbeitung..........................................23
1.5.1 Parallele Verarbeitung................................................................23
1.5.1.1 Nebenläufige Prozesse.........................................................25
1.5.1.2 Kooperierende Prozesse......................................................25
1.5.2 Verteilte Verarbeitung................................................................26
1.5.2.1 Beispiele für Verteilte Systeme...........................................27
Inhaltsverzeichnis
1.5.2.2 Positive Eigenschaften der verteilten Verarbeitung.......27
1.5.2.3 Eigenschaften eines Verteilten Systems............................28
2 Rechnerarchitekturen für Parallele und Verteilte Systeme............33
2.1
Simultaneous Multithreading..........................................................
34
2.1.1
Instruction
Level
Parallelism
....................................................34
2.1.2
Thread Level
Parallelismus.......................................................37
2.1.3 Arbeitsweise des
Simultaneous Multithreading
....................38
2.2 Eng gekoppelte Multiprozessoren und Multicore-Prozessoren. 39
2.2.1 Architektur von eng gekoppelten Multiprozessoren............39
2.2.2 Cachekohärenzprotokolle.........................................................41
2.2.2.1
MESI
Cachekohärenz-Protokoll........................................42
2.2.2.2 Verzeichnis-basierte Cachekohärenz-Protokolle.............51
2.2.3 Kreuzschienenschalter-basierte Multiprozessoren................52
2.2.4 Mehrebenennetzwerke-basierte Multiprozessoren...............53
2.2.5 Multicore-Prozessoren...............................................................55
2.2.5.1 Programmierung von Multicore-Architekturen..............59
2.2.6 Multiprozessorbetriebssysteme................................................61
2.2.6.1 Master
Slave Multiprocessing............................................
62
2.2.6.2 Asymmetrisches
Multiprocessing.....................................
63
2.2.6.3 Symmetrisches
Multiprocessing
(SMP)............................64
2.2.6.3.1 Floating Master.............................................................65
2.2.6.4
Lock-Synchronisation
..........................................................67
2.2.6.4.1 Test and Set
(TAS)
........................................................68
2.2.6.4.2 Exchange (XCHG).........................................................69
2.2.6.4.3 Spinlocking....................................................................69
2.2.6.4.4
Semaphore
.....................................................................70
2.2.6.4.5
Compare and Swap
(CAS)
...........................................71
2.2.6.5
Transactional Memory
(TM)..............................................74
XIV
Inhaltsverzeichnis
2.2.6.5.1 Programmsprachliche Realisierung des TM..............75
2.2.6.5.2 Software Transactional Memory (STM).....................77
2.2.6.5.3 Hardware Transactional Memory (HTM)..................78
2.3 Lose gekoppelte Multiprozessoren und
Multicomputer
..............79
2.3.1 Architektur von lose gekoppelten Multiprozessoren............79
2.3.2 Verteilter gemeinsamer Speicher..............................................81
2.3.2.1 Implementierungsebenen....................................................82
2.3.2.2 Speicher Konsistenzmodelle...............................................83
2.3.2.3 Implementierung der Sequenziellen Konsistenz.............86
2.3.3
Multicomputer
.............................................................................95
2.3.4 Leistungs-Effizenzmetriken.......................................................96
2.4
Load Balancing
und
High Throughput Cluster
Google...............97
2.4.1 Leistungsmaße und Ausstattung des
Google-Clusters
..........97
2.4.2 Google Server-Aufbau und -Architektur.................................99
3 Programmiennodelle für parallele und verteilte Systeme.............105
3.1 Client-Server-Modell.......................................................................106
3.1.1 Fehlersemantik..........................................................................108
3.1.2 Serverzustände..........................................................................115
3.1.3 Client-Server versus Verteilt....................................................118
3.2 Service-orientierte Architekturen
(SOA)
.......................................120
3.2.1 Bestandteile eines Service........................................................121
3.2.2 Eigenschaften eines Service.....................................................122
3.2.3 Servicekomposition,
-management
und -Überwachung......125
3.2.4 Enterprise Service Bus..............................................................127
3.3 Programmiermodelle für gemeinsamen Speicher.......................130
3.3.1 Parallelisierende Compiler.......................................................136
3.3.2 Unix.............................................................................................137
XV
Inhaltsverzeichnis
3.3.2.1
fork, join
..............................................................................137
3.3.2.2 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe)
..........................................140
3.3.2.3 Warteschlange (Queue)...................................................142
3.3.3
Threads......................................................................................
143
3.3.3.1
Threads
versus Prozesse...................................................143
3.3.3.2 Implementierung von
Threads
........................................145
3.3.3.3 Pthreads..............................................................................150
3.3.3.3.1
Thread
Verwaltungsroutinen....................................150
3.3.3.3.2 Wechselseitiger Ausschluss.......................................153
3.3.3.3.3 Bedingungsvariable....................................................156
3.3.3.3.4 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe) mit
Threads
..............158
3.3.4 OpenMP.....................................................................................160
3.3.4.1 Parallel
Pragma
..................................................................162
3.3.4.2 Gültigkeitsbereiche von Daten........................................163
3.3.4.3 Lastverteilung unter
Threads
...........................................164
3.3.4.3.1
for Pragma
...................................................................164
3.3.4.3.2
section Pragma
............................................................165
3.3.4.3.3
single Pragma
..............................................................165
3.3.4.3.4
master Pragma
............................................................166
3.3.4.4
Synchronisation
.................................................................166
3.3.4.4.1 Kritische Abschnitte...................................................166
3.3.4.4.2 Sperrfunktionen..........................................................167
3.3.4.4.3 Barrieresynchronisation.............................................167
3.3.5
Unified
Parallel
С
(UPC).........................................................168
3.3.5.1
Identifier THREADS
und MYTHREAD.........................168
3.3.5.2
Private
und
Shared Data
...................................................169
3.3.5.3
Shared Arrays
.....................................................................169
3.3.5.4 Zeiger..................................................................................170
3.3.5.5 Lastverteilung unter
Threads, upc_forall
.......................170
XVI
Inhaltsverzeichnis
3.3.5.6 Sperrfunktionen..................................................................171
3.3.5.7 Barrieresynchronisation....................................................172
3.3.5.7.1 Barrieren.......................................................................172
3.3.5.7.2
Split
Phase Barrieren...................................................172
3.3.6
Fortress
.......................................................................................173
3.3.6.1 Datentypen..........................................................................173
3.3.6.2 Ausdrücke und Anweisungen........................................174
3.3.6.3
Juxtaposition
Operator......................................................176
3.3.6.4 Objekte,
Traits,
Top-level-Funktionen und
Komponenten.................................................................................176
3.3.6.4.1 Objekte..........................................................................176
3.3.6.4.2
Traits
..............................................................................177
3.3.6.4.3 Komponenten und APIs.............................................178
3.3.6.5 Parallelität............................................................................179
3.3.6.5.1 Schleifen und sonstige
Konstrukte
............................179
3.3.6.5.2 Datenverteilung...........................................................180
3.3.6.5.3 Explizite
Threads
.........................................................180
3.3.6.5.4
Atomic-Block................................................................
181
3.3.7
Ada
..............................................................................................182
3.3.7.1
Ada-Rendezvous
................................................................182
3.3.7.2 Selektive
Ada-Rendezvous
...............................................185
3.3.7.2.1 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe) mit
selektivem
Rendezvous.................................................................................186
3.3.7.3 Geschützte Objekte............................................................188
3.4 Programmiermodelle für verteilten Speicher...............................189
3.4.1 Überblick nebenläufige Modelle.............................................190
3.4.1.1 Nachrichtenbasierte Modelle............................................190
3.4.1.2 Datenparallelität ausnutzende Modelle..........................192
3.4.2 Überblick kooperative Modelle...............................................194
XVII
Inhaltsverzeichnis
3.4.2.1 Lokalisierung des Kooperationspartners (Broker)........194
3.4.2.2 Datenrepräsentation auf unterschiedlichen Maschinenl96
3.4.2.3 Nachrichtenbasierte Modelle...........................................199
3.4.2.4 Entfernte Aufruf-Modelle.................................................201
3.4.3 Nebenläufige und nachrichtenbasierte Modelle..................204
3.4.3.1 Message Passing Interface
(MPI)
.....................................204
3.4.3.1.1 Initialisieren und Beenden von Prozessen..............206
3.4.3.1.2 Kommunikator und Rang..........................................208
3.4.3.1.3 Blockierendes Senden und Empfangen...................209
3.4.3.1.4 Nichtblockierendes Senden und Empfangen.........212
3.4.3.1.5 Persistente Kommunikation......................................214
3.4.3.1.6
Broadcast
......................................................................216
3.4.3.1.7 Weitere kollektive Kommunikationsfunktionen.... 217
3.4.3.1.8 Kommunikator und Gruppenmanagement............217
3.4.3.2
Occam
..................................................................................221
3.4.3.2.1 SEQ- versus PAR-Konstrukt.....................................221
3.4.3.2.2 ALT-Konstrukt............................................................222
3.4.3.2.3
IF- WHILE-
Konstrukt, SEQ-
und
PAR-Zählschleifen.....................................................................223
3.4.3.2.4 Prozeduren..................................................................224
3.4.3.2.5 Konfiguration..............................................................225
3.4.3.3 Parallel Virtual Machine (PVM)......................................226
3.4.3.3.1 Dämon-Prozesse.........................................................226
3.4.3.3.2
Task
Erzeugung und Start.........................................227
3.4.3.3.3 Hinzufügen und Entfernen von Rechnern..............228
3.4.3.3.4 Taskkommunikation..................................................229
3.4.3.3.5 Gruppen.......................................................................232
3.4.3.3.6 Barrieresynchronisation und
Broadcast
..................233
3.4.4 Kooperative und nachrichtenbasierte Modelle....................233
XVIII
Inhaltsverzeichnis
3.4.4.1 TCP/IP-Sockets...................................................................233
3.3.4.1.1
Datagram Sockets
........................................................237
3.4.4.1.2 Anwendungsbeispiel
echo-serving
..........................241
3.4.4.1.3
Stream-Sockets.............................................................
245
3.4.4.1.4 Anwendungsbeispiel rlogin.......................................248
3.4.4.2 Java Message Service (JMS)...............................................251
3.4.4.2.1 Message API.................................................................252
3.4.4.2.2
Producer Consumer API
............................................255
3.4.4.2.3 Anwendungsbeispiel Erzeuger-Verbraucher-
Problem
(Pipe)
............................................................................264
3.4.4.2.4 JMS-Provider................................................................269
3.4.5 Kooperative Modelle mit entfernten Aufrufen.....................270
3.4.5.1 Ablauf von entfernten Aufrufen......................................270
3.4.5.2 Abbildung des entfernten Aufrufes auf Nachrichten ...271
3.4.5.3
Stubs
.....................................................................................272
3.4.5.4 Parameter- und Ergebnisübertragung.............................273
3.4.5.5 Remote
Procedure Calls (ONC RPCs, DCE RPCs,
DCOM)............................................................................................275
3.4.5.6 Entfernte Methodenaufrufe
(CORBA)
.............................276
3.4.5.6.1
Object
Management
Architecture
(ОМА)
................277
3.4.5.6.2
Object Request Broker (ORB)
.....................................279
3.4.5.6.3
CORBA
Component Model (CCM)
..........................284
3.4.5.7
Remote Method Invocation (RMI)
...................................285
3.4.5.7.1
Package java.rmi
..........................................................286
3.4.5.7.2
Package java.rmi.registry
...........................................288
3.4.5.7.3
Package java.rmi.server
..............................................290
3.4.5.7.4
Serialisieren
von Objekten..........................................292
3.4.5.7.5 RMI-Programmierung................................................293
3.4.5.8 Entfernte Komponentenaufrufe.......................................297
XIX
Inhaltsverzeichnis
3.4.5.8.1 .NET Plattform............................................................297
3.4.5.8.2 .NET Framework........................................................299
3.4.5.8.3 .NET-Remoting...........................................................301
3.4.5.8.4 .NET 3.0........................................................................303
3.4.5.9 Entfernte Serviceaufrufe (Web Services)........................303
3.4.5.9.1 Web Service-Architektur...........................................304
3.4.5.10 XML-RPC..........................................................................306
4 Parallelisierung.....................................................................................313
4.1 Leistungsmaße für parallele Programme.....................................313
4.1.1 Laufzeit......................................................................................313
4.1.2
Speedup
.....................................................................................314
4.1.3 Kosten und
Overhead
..............................................................315
4.1.4 Effizienz.....................................................................................316
4.1.5 Amdahls Gesetz........................................................................317
4.1.6
Gustafsons
Gesetz....................................................................319
4.1.7 Karp-Flatt-Metrik......................................................................320
4.2 Parallelisierungstechniken.............................................................321
4.2.1 Inhärenter Parallelismus.........................................................321
4.2.2 Zerlegungsmethoden...............................................................322
4.2.2.1 Funktionale Zerlegung.....................................................324
4.2.2.2 Datenzerlegung..................................................................325
4.2.2.2.1 Master
Worker-Schema
..............................................326
4.2.2.2.2 Berechnungsbäume....................................................327
4.2.2.3
Funktions-
und Datenzerlegung......................................328
4.2.2.3.1 Methodisches Vorgehen............................................328
4.2.2.3.2 Dynamische Allokation.............................................331
4.2.3 Weitere parallele Verfahren und Algorithmen....................332
XX
Inhaltsverzeichnis
5 Verteilte Algorithmen..........................................................................333
5.1 Verteilt versus zentralisiert.............................................................333
5.2 Logische Ordnung von Ereignissen...............................................336
5.2.1 Lamport-Zeit..............................................................................336
5.2.2 Vektoruhren...............................................................................339
5.3 Auswahlalgorithmen.......................................................................342
5.3.1 Bully-Algorithmus....................................................................342
5.3.2 Ring-Algorithmus.....................................................................345
5.4 Übereinstimmungsalgorithmen....................................................346
5.4.1 Unzuverlässige Kommunikation............................................348
5.4.2 Byzantinische fehlerhafte Prozesse.........................................349
6 Rechenlastverteilung............................................................................353
6.1 Statische Lastverteilung...................................................................356
6.1.1 Jobmodelle..................................................................................358
6.1.1.1 Task-Präzedenz-Graphen..................................................359
6.1.1.2 Task-Interaktionsgraphen.................................................360
6.1.1.3
Workflows
...........................................................................362
6.1.2 Lösungsverfahren.....................................................................364
6.2 Dynamische Lastverteilung............................................................368
6.2.1 Zentrale Lastverteilungssysteme............................................376
6.2.2 Dezentrale Lastverteilungssysteme........................................379
6.2.2.1 Lastausgleich ohne Migration..........................................382
6.2.2.2 Lastausgleich mit Migration.............................................382
6.3
Grid Scheduling................................................................................
389
7 Virtualisierungstechniken...................................................................395
7.1 Betriebssystemvirtualisierung........................................................396
7.1.1 Vollvirtualisierung....................................................................398
XXI
Inhaltsverzeichnis
7.1.2 Containervirtualisierung.........................................................400
7.1.3 Paravirtualisierung...................................................................400
7.2 Virtuelle Maschine...........................................................................401
7.2.1 Java Virtuelle Maschine (JVM)...............................................401
7.2.2
Common Language Runtime (CLR)
......................................403
7.3 Softwarevirtualisierung..................................................................403
7.3.1 Services......................................................................................403
7.3.2 Anwendungen..........................................................................405
7.4 Hardware-Virtualisierung..............................................................405
7.4.1 Prozessor....................................................................................406
7.4.2 Hauptspeicher...........................................................................407
7.4.3 Datenspeicher............................................................................408
7.4.3.1 In-Band-Virtualisierung....................................................411
7.4.3.2 Out-of-Band-Virtualisierung............................................412
7.4.4 Netzwerke.................................................................................412
7.4.4.1 Virtual
Local Area
Network.............................................413
7.4.4.2 Virtual Private Network...................................................413
8
Cluster
.....................................................................................................415
8.1 Definition
Cluster
............................................................................416
8.1.1 Vor- und Nachteile von Clustern...........................................417
8.1.2 Single System Image................................................................417
8.1.3 Aufstellungskonzepte von Clustern......................................419
8.2 Klassifikationen von Clustern........................................................420
8.2.1 Hochverfügbarkeits-Cluster...................................................422
8.2.2
High Performance-Cluster
......................................................427
8.2.2.1
Beowulf...............................................................................
428
8.2.2.2 Wolfpack.............................................................................430
XXII
Inhaltsverzeichnis
8.2.3
Cluster
für hohen Datendurchsatz.........................................430
8.2.4 Skalierbare-Cluster....................................................................431
8.3 Zugangs-Konzepte...........................................................................432
9
Grid-Computing
....................................................................................435
9.1 Definition
Grid
.................................................................................435
9.2 Unterscheidung von
Grids
..............................................................437
9.3
Grid
Middleware-Systeme..............................................................438
9.3.1 Globus Toolkit...........................................................................439
9.3.2 gLite............................................................................................440
9.3.3 Unicore.......................................................................................440
9.4 Weitere
Grid
Software.....................................................................444
9.4.1 GridSphere.................................................................................444
9.4.2
Shibboleth
...................................................................................444
9.4.3 VOMS..........................................................................................445
9.4.4
SRB
..............................................................................................445
9.4.5 SRM/dCache..............................................................................445
9.4.6 OGSA-DAI.................................................................................446
9.4.7
GAT
.............................................................................................446
Literatur.......................................................................................................447
Schlagwortverzeichnis.............................................................................481
XXIII
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Grundlagen.1
1.1 Historische Entwicklung der Rechensysteme.1
1.2 Technologiefortschritte.5
1.2.1 Leistungsexplosion und Preisverfall der Hardware.6
1.2.2 Fortschritte bei lokalen Netzen.6
1.2.3 Aufkommen von Funkverbindungen und mobilen Geräten.9
1.2.4 Übernetzwerk Internet.11
1.3 World Wide Web (WWW).12
1.3.1 Web 2.0.12
1.3.2 Web 3.0.15
1.3.3 Web 4.0.16
1.3.4 E-World.17
1.3.4.1 E-Business.17
1.3.4.2 Weitere E-Applikationen.19
1.4 Selbstorganisierende Systeme.20
1.4.1
On Demand
Computing.20
1.4.2 Autonomie Computing.22
1.4.3
Organic
Computing.22
1.5 Parallele versus Verteilte Verarbeitung.23
1.5.1 Parallele Verarbeitung.23
1.5.1.1 Nebenläufige Prozesse.25
1.5.1.2 Kooperierende Prozesse.25
1.5.2 Verteilte Verarbeitung.26
1.5.2.1 Beispiele für Verteilte Systeme.27
Inhaltsverzeichnis
1.5.2.2 Positive Eigenschaften der verteilten Verarbeitung.27
1.5.2.3 Eigenschaften eines Verteilten Systems.28
2 Rechnerarchitekturen für Parallele und Verteilte Systeme.33
2.1
Simultaneous Multithreading.
34
2.1.1
Instruction
Level
Parallelism
.34
2.1.2
Thread Level
Parallelismus.37
2.1.3 Arbeitsweise des
Simultaneous Multithreading
.38
2.2 Eng gekoppelte Multiprozessoren und Multicore-Prozessoren. 39
2.2.1 Architektur von eng gekoppelten Multiprozessoren.39
2.2.2 Cachekohärenzprotokolle.41
2.2.2.1
MESI
Cachekohärenz-Protokoll.42
2.2.2.2 Verzeichnis-basierte Cachekohärenz-Protokolle.51
2.2.3 Kreuzschienenschalter-basierte Multiprozessoren.52
2.2.4 Mehrebenennetzwerke-basierte Multiprozessoren.53
2.2.5 Multicore-Prozessoren.55
2.2.5.1 Programmierung von Multicore-Architekturen.59
2.2.6 Multiprozessorbetriebssysteme.61
2.2.6.1 Master
Slave Multiprocessing.
62
2.2.6.2 Asymmetrisches
Multiprocessing.
63
2.2.6.3 Symmetrisches
Multiprocessing
(SMP).64
2.2.6.3.1 Floating Master.65
2.2.6.4
Lock-Synchronisation
.67
2.2.6.4.1 Test and Set
(TAS)
.68
2.2.6.4.2 Exchange (XCHG).69
2.2.6.4.3 Spinlocking.69
2.2.6.4.4
Semaphore
.70
2.2.6.4.5
Compare and Swap
(CAS)
.71
2.2.6.5
Transactional Memory
(TM).74
XIV
Inhaltsverzeichnis
2.2.6.5.1 Programmsprachliche Realisierung des TM.75
2.2.6.5.2 Software Transactional Memory (STM).77
2.2.6.5.3 Hardware Transactional Memory (HTM).78
2.3 Lose gekoppelte Multiprozessoren und
Multicomputer
.79
2.3.1 Architektur von lose gekoppelten Multiprozessoren.79
2.3.2 Verteilter gemeinsamer Speicher.81
2.3.2.1 Implementierungsebenen.82
2.3.2.2 Speicher Konsistenzmodelle.83
2.3.2.3 Implementierung der Sequenziellen Konsistenz.86
2.3.3
Multicomputer
.95
2.3.4 Leistungs-Effizenzmetriken.96
2.4
Load Balancing
und
High Throughput Cluster
Google.97
2.4.1 Leistungsmaße und Ausstattung des
Google-Clusters
.97
2.4.2 Google Server-Aufbau und -Architektur.99
3 Programmiennodelle für parallele und verteilte Systeme.105
3.1 Client-Server-Modell.106
3.1.1 Fehlersemantik.108
3.1.2 Serverzustände.115
3.1.3 Client-Server versus Verteilt.118
3.2 Service-orientierte Architekturen
(SOA)
.120
3.2.1 Bestandteile eines Service.121
3.2.2 Eigenschaften eines Service.122
3.2.3 Servicekomposition,
-management
und -Überwachung.125
3.2.4 Enterprise Service Bus.127
3.3 Programmiermodelle für gemeinsamen Speicher.130
3.3.1 Parallelisierende Compiler.136
3.3.2 Unix.137
XV
Inhaltsverzeichnis
3.3.2.1
fork, join
.137
3.3.2.2 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe)
.140
3.3.2.3 Warteschlange (Queue).142
3.3.3
Threads.
143
3.3.3.1
Threads
versus Prozesse.143
3.3.3.2 Implementierung von
Threads
.145
3.3.3.3 Pthreads.150
3.3.3.3.1
Thread
Verwaltungsroutinen.150
3.3.3.3.2 Wechselseitiger Ausschluss.153
3.3.3.3.3 Bedingungsvariable.156
3.3.3.3.4 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe) mit
Threads
.158
3.3.4 OpenMP.160
3.3.4.1 Parallel
Pragma
.162
3.3.4.2 Gültigkeitsbereiche von Daten.163
3.3.4.3 Lastverteilung unter
Threads
.164
3.3.4.3.1
for Pragma
.164
3.3.4.3.2
section Pragma
.165
3.3.4.3.3
single Pragma
.165
3.3.4.3.4
master Pragma
.166
3.3.4.4
Synchronisation
.166
3.3.4.4.1 Kritische Abschnitte.166
3.3.4.4.2 Sperrfunktionen.167
3.3.4.4.3 Barrieresynchronisation.167
3.3.5
Unified
Parallel
С
(UPC).168
3.3.5.1
Identifier THREADS
und MYTHREAD.168
3.3.5.2
Private
und
Shared Data
.169
3.3.5.3
Shared Arrays
.169
3.3.5.4 Zeiger.170
3.3.5.5 Lastverteilung unter
Threads, upc_forall
.170
XVI
Inhaltsverzeichnis
3.3.5.6 Sperrfunktionen.171
3.3.5.7 Barrieresynchronisation.172
3.3.5.7.1 Barrieren.172
3.3.5.7.2
Split
Phase Barrieren.172
3.3.6
Fortress
.173
3.3.6.1 Datentypen.173
3.3.6.2 Ausdrücke und Anweisungen.174
3.3.6.3
Juxtaposition
Operator.176
3.3.6.4 Objekte,
Traits,
Top-level-Funktionen und
Komponenten.176
3.3.6.4.1 Objekte.176
3.3.6.4.2
Traits
.177
3.3.6.4.3 Komponenten und APIs.178
3.3.6.5 Parallelität.179
3.3.6.5.1 Schleifen und sonstige
Konstrukte
.179
3.3.6.5.2 Datenverteilung.180
3.3.6.5.3 Explizite
Threads
.180
3.3.6.5.4
Atomic-Block.
181
3.3.7
Ada
.182
3.3.7.1
Ada-Rendezvous
.182
3.3.7.2 Selektive
Ada-Rendezvous
.185
3.3.7.2.1 Erzeuger-Verbraucher
(Pipe) mit
selektivem
Rendezvous.186
3.3.7.3 Geschützte Objekte.188
3.4 Programmiermodelle für verteilten Speicher.189
3.4.1 Überblick nebenläufige Modelle.190
3.4.1.1 Nachrichtenbasierte Modelle.190
3.4.1.2 Datenparallelität ausnutzende Modelle.192
3.4.2 Überblick kooperative Modelle.194
XVII
Inhaltsverzeichnis
3.4.2.1 Lokalisierung des Kooperationspartners (Broker).194
3.4.2.2 Datenrepräsentation auf unterschiedlichen Maschinenl96
3.4.2.3 Nachrichtenbasierte Modelle.199
3.4.2.4 Entfernte Aufruf-Modelle.201
3.4.3 Nebenläufige und nachrichtenbasierte Modelle.204
3.4.3.1 Message Passing Interface
(MPI)
.204
3.4.3.1.1 Initialisieren und Beenden von Prozessen.206
3.4.3.1.2 Kommunikator und Rang.208
3.4.3.1.3 Blockierendes Senden und Empfangen.209
3.4.3.1.4 Nichtblockierendes Senden und Empfangen.212
3.4.3.1.5 Persistente Kommunikation.214
3.4.3.1.6
Broadcast
.216
3.4.3.1.7 Weitere kollektive Kommunikationsfunktionen. 217
3.4.3.1.8 Kommunikator und Gruppenmanagement.217
3.4.3.2
Occam
.221
3.4.3.2.1 SEQ- versus PAR-Konstrukt.221
3.4.3.2.2 ALT-Konstrukt.222
3.4.3.2.3
IF- WHILE-
Konstrukt, SEQ-
und
PAR-Zählschleifen.223
3.4.3.2.4 Prozeduren.224
3.4.3.2.5 Konfiguration.225
3.4.3.3 Parallel Virtual Machine (PVM).226
3.4.3.3.1 Dämon-Prozesse.226
3.4.3.3.2
Task
Erzeugung und Start.227
3.4.3.3.3 Hinzufügen und Entfernen von Rechnern.228
3.4.3.3.4 Taskkommunikation.229
3.4.3.3.5 Gruppen.232
3.4.3.3.6 Barrieresynchronisation und
Broadcast
.233
3.4.4 Kooperative und nachrichtenbasierte Modelle.233
XVIII
Inhaltsverzeichnis
3.4.4.1 TCP/IP-Sockets.233
3.3.4.1.1
Datagram Sockets
.237
3.4.4.1.2 Anwendungsbeispiel
echo-serving
.241
3.4.4.1.3
Stream-Sockets.
245
3.4.4.1.4 Anwendungsbeispiel rlogin.248
3.4.4.2 Java Message Service (JMS).251
3.4.4.2.1 Message API.252
3.4.4.2.2
Producer Consumer API
.255
3.4.4.2.3 Anwendungsbeispiel Erzeuger-Verbraucher-
Problem
(Pipe)
.264
3.4.4.2.4 JMS-Provider.269
3.4.5 Kooperative Modelle mit entfernten Aufrufen.270
3.4.5.1 Ablauf von entfernten Aufrufen.270
3.4.5.2 Abbildung des entfernten Aufrufes auf Nachrichten .271
3.4.5.3
Stubs
.272
3.4.5.4 Parameter- und Ergebnisübertragung.273
3.4.5.5 Remote
Procedure Calls (ONC RPCs, DCE RPCs,
DCOM).275
3.4.5.6 Entfernte Methodenaufrufe
(CORBA)
.276
3.4.5.6.1
Object
Management
Architecture
(ОМА)
.277
3.4.5.6.2
Object Request Broker (ORB)
.279
3.4.5.6.3
CORBA
Component Model (CCM)
.284
3.4.5.7
Remote Method Invocation (RMI)
.285
3.4.5.7.1
Package java.rmi
.286
3.4.5.7.2
Package java.rmi.registry
.288
3.4.5.7.3
Package java.rmi.server
.290
3.4.5.7.4
Serialisieren
von Objekten.292
3.4.5.7.5 RMI-Programmierung.293
3.4.5.8 Entfernte Komponentenaufrufe.297
XIX
Inhaltsverzeichnis
3.4.5.8.1 .NET Plattform.297
3.4.5.8.2 .NET Framework.299
3.4.5.8.3 .NET-Remoting.301
3.4.5.8.4 .NET 3.0.303
3.4.5.9 Entfernte Serviceaufrufe (Web Services).303
3.4.5.9.1 Web Service-Architektur.304
3.4.5.10 XML-RPC.306
4 Parallelisierung.313
4.1 Leistungsmaße für parallele Programme.313
4.1.1 Laufzeit.313
4.1.2
Speedup
.314
4.1.3 Kosten und
Overhead
.315
4.1.4 Effizienz.316
4.1.5 Amdahls Gesetz.317
4.1.6
Gustafsons
Gesetz.319
4.1.7 Karp-Flatt-Metrik.320
4.2 Parallelisierungstechniken.321
4.2.1 Inhärenter Parallelismus.321
4.2.2 Zerlegungsmethoden.322
4.2.2.1 Funktionale Zerlegung.324
4.2.2.2 Datenzerlegung.325
4.2.2.2.1 Master
Worker-Schema
.326
4.2.2.2.2 Berechnungsbäume.327
4.2.2.3
Funktions-
und Datenzerlegung.328
4.2.2.3.1 Methodisches Vorgehen.328
4.2.2.3.2 Dynamische Allokation.331
4.2.3 Weitere parallele Verfahren und Algorithmen.332
XX
Inhaltsverzeichnis
5 Verteilte Algorithmen.333
5.1 Verteilt versus zentralisiert.333
5.2 Logische Ordnung von Ereignissen.336
5.2.1 Lamport-Zeit.336
5.2.2 Vektoruhren.339
5.3 Auswahlalgorithmen.342
5.3.1 Bully-Algorithmus.342
5.3.2 Ring-Algorithmus.345
5.4 Übereinstimmungsalgorithmen.346
5.4.1 Unzuverlässige Kommunikation.348
5.4.2 Byzantinische fehlerhafte Prozesse.349
6 Rechenlastverteilung.353
6.1 Statische Lastverteilung.356
6.1.1 Jobmodelle.358
6.1.1.1 Task-Präzedenz-Graphen.359
6.1.1.2 Task-Interaktionsgraphen.360
6.1.1.3
Workflows
.362
6.1.2 Lösungsverfahren.364
6.2 Dynamische Lastverteilung.368
6.2.1 Zentrale Lastverteilungssysteme.376
6.2.2 Dezentrale Lastverteilungssysteme.379
6.2.2.1 Lastausgleich ohne Migration.382
6.2.2.2 Lastausgleich mit Migration.382
6.3
Grid Scheduling.
389
7 Virtualisierungstechniken.395
7.1 Betriebssystemvirtualisierung.396
7.1.1 Vollvirtualisierung.398
XXI
Inhaltsverzeichnis
7.1.2 Containervirtualisierung.400
7.1.3 Paravirtualisierung.400
7.2 Virtuelle Maschine.401
7.2.1 Java Virtuelle Maschine (JVM).401
7.2.2
Common Language Runtime (CLR)
.403
7.3 Softwarevirtualisierung.403
7.3.1 Services.403
7.3.2 Anwendungen.405
7.4 Hardware-Virtualisierung.405
7.4.1 Prozessor.406
7.4.2 Hauptspeicher.407
7.4.3 Datenspeicher.408
7.4.3.1 In-Band-Virtualisierung.411
7.4.3.2 Out-of-Band-Virtualisierung.412
7.4.4 Netzwerke.412
7.4.4.1 Virtual
Local Area
Network.413
7.4.4.2 Virtual Private Network.413
8
Cluster
.415
8.1 Definition
Cluster
.416
8.1.1 Vor- und Nachteile von Clustern.417
8.1.2 Single System Image.417
8.1.3 Aufstellungskonzepte von Clustern.419
8.2 Klassifikationen von Clustern.420
8.2.1 Hochverfügbarkeits-Cluster.422
8.2.2
High Performance-Cluster
.427
8.2.2.1
Beowulf.
428
8.2.2.2 Wolfpack.430
XXII
Inhaltsverzeichnis
8.2.3
Cluster
für hohen Datendurchsatz.430
8.2.4 Skalierbare-Cluster.431
8.3 Zugangs-Konzepte.432
9
Grid-Computing
.435
9.1 Definition
Grid
.435
9.2 Unterscheidung von
Grids
.437
9.3
Grid
Middleware-Systeme.438
9.3.1 Globus Toolkit.439
9.3.2 gLite.440
9.3.3 Unicore.440
9.4 Weitere
Grid
Software.444
9.4.1 GridSphere.444
9.4.2
Shibboleth
.444
9.4.3 VOMS.445
9.4.4
SRB
.445
9.4.5 SRM/dCache.445
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Schlagwortverzeichnis.481
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