Tópicos - Computacao Paralela Programacao 2 (Visão geral)

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REDES DE COMPUTADORES
Programação Paralela

UNIVERSIDADE PARANAENSE – UNIPAR Normalmente arquiteturas MIMD com memória compartilhada ou distribuída são criadas
Reconhecida pela Portaria - MEC N.º 1580, de 09/11/93 – D.O.U. 10/11/93
Mantenedora: Associação Paranaense de Ensino e Cultura – APEC para computar programas das mais diversas áreas da ciência.

Tais programas necessitam ser muito bem elaborados para explorar ao máximo os
recursos de uma máquina paralela.

Tópicos Especiais em Sistemas de Informação Um algoritmo paralelo pode ser definido como um conjunto de processos (partes de um
programa) que podem ser executados simultaneamente e tais processos podem se
Sistemas de Informação - 4.o / 2005
comunicar uns com os outros, a fim de resolver um determinado problema.

Prof. Luiz Arthur Feitosa dos Santos Já um algoritmo seqüencial que é executado passo a passo de forma serial ou seqüencial
como foi definido durante a sua programação

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e-mail: luiz_arthur@unipar.br

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REDES DE COMPUTADORES REDES DE COMPUTADORES
Programação Paralela Programação Paralela

Uma prática constantemente utilizada por programadores é a reutilização de algoritmos,
Um fato de extrema importância na maioria dos sistemas paralelos, principalmente os que
pois se um algoritmo realiza uma função de forma eficiente, porque não utilizá-lo em
exploram o paralelismo explicito (não em nível de instrução), é que o sistema paralelo em
outro programa que irá necessitar das funcionalidades deste algoritmo.
si é a combinação de um algoritmo paralelo e uma arquitetura paralela na qual o algoritmo
é implementado.
Esta técnica de reutilização também é normalmente empregada na computação paralela,
entretanto, muitos pesquisadores consideram que a melhor forma de se obter o
Ou seja, para que um sistema paralelo atinja o seu objetivo principal, que é a melhora de
paralelismo ideal é reconstruindo o algoritmo inteiro, modelando-o para a arquitetura na
desempenho na resolução de determinados problemas, é necessário alem de uma
qual ele será executado.
arquitetura física composta por vários processadores um algoritmo que explore todo este
potencial de arquitetura.
Sobre este problema Patterson comentou:
“O maior obstáculo ao sucesso dos sistemas multiprocessadores não é o custo
Pois nada adianta ter os recursos necessários para melhorar o desempenho se estes não
dos processadores usados em sua arquitetura, nem os problemas na topologia
forem devidamente utilizados.
para conexão de redes, muito menos a indisponibilidade de linguagens de
programação adequadas a tais sistemas; mas a grande dificuldade é o fato de
Entretanto a tarefa de construir algoritmos paralelos ótimos, que empreguem da melhor
que poucos programas de aplicação importantes têm sido reescritos para
maneira possível todos os subsídios oferecidos pela arquitetura paralela não é nada fácil, e
executar suas tarefas em sistemas multiprocessadores”.
seja talvez uma das tarefas mais difíceis na construção de um sistema paralelo. (PATTERSON, 2000, p. 416).

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Assim reutilização de algoritmos não é recomendável nem para arquiteturas paralelas Aplicações Paralelas
semelhantes, por exemplo, não se pode afirmar que um algoritmo projetado para ser
executado em um computador contendo 8 processadores vai ser executado mais Os sistemas computacionais, em geral, são projetados com o propósito de agilizar a
rapidamente em um sistema semelhante com 64 processadores, a menos que esse execução de uma determinada tarefa. Entretanto algumas aplicações, principalmente
programa seja remodelado para esta arquitetura. científicas, requerem grande poder computacional. Algumas dessas aplicações podem
consumir muito tempo de processamento, e em casos extremos podem se tornar
Isso ocorre porque quanto maior a quantidade de processadores, maior será o esforço impraticáveis devido ao longo tempo de computação.
computacional para sincronizar os processos, e maior ainda será a utilização da rede de
interconexão que interliga os processadores. Uma técnica que vem tendo muito destaque para melhorar o desempenho de tais
aplicações é a exploração do paralelismo apresentado por essas aplicações. Pois a maioria
Por mais absurdo que possa parecer é bem provável que um programa especificamente das aplicações possui algum nível de paralelismo, que pode ser explorado de maneira que
projetado para ser executado em um computador com 8 processadores faça melhor uso o programa possa ter seu tempo de execução reduzido.
desta arquitetura, do que de uma arquitetura com 64 processadores.

Portanto, é fácil concluir que o programador, neste caso, tem que ser um especialista em
hardware e software para tentar fazer um bom uso dos recursos de cada máquina paralela.

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Então aplicações paralelas fazem uso de múltiplos processadores para resolver um Conforme Grama a construção de um algoritmo paralelo segue basicamente os seguintes
determinado problema, e isso é possível através da execução simultânea de diversos passos:
passos que compõem o problema e podem ser executados de forma simultânea.
Identificar pontos do programa que podem ser executadas de forma paralela;
Isso permite que uma aplicação paralela faça uso de vários processadores, o que não
ocorre em programas seqüenciais, que essencialmente executam conjuntos básicos de Distribuir as entradas e saídas de dados pertinentes à aplicação, bem como os dados
passos a serem executados de forma seqüencial, sem nenhum nível de paralelismo. intermediários gerados durante a execução das tarefas e que estão associados ao
programa;
Mesmo com o possível benefício de redução do tempo de execução da aplicação, o uso do
paralelismo requer alguns cuidados que não são necessários em aplicações seqüências. Gerenciar da melhor forma possível o acesso aos dados compartilhados pelos
processadores, para execução de um dado problema. Diminuindo a comunicação entre
Por exemplo, a aplicação paralela apesar de possuir uma semântica parecida com a processos;
aplicação seqüencial deve tratar de aspectos inerentes às suas características paralelas tais
como: definir quais processos podem ser executados de forma paralela e gerenciar de Sincronizar eficientemente os processadores nos mais diversos estágios de execução
forma eficiente a sincronização e comunicação entre tais processos. que um programa paralelo possa vir a possuir, de forma que os processadores não fiquem
com uma carga de trabalho muito elevada ou muito baixa.

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Para a construção de aplicações paralelas podem ser utilizados basicamente três tipos de
ferramentas de programação : É obvio que todas as ferramentas apresentadas possuem seus prós e contras.

Compiladores: Fazem a paralelização de forma automática. Neste tipo de ferramenta o O compilador paralelo facilita a programação e agiliza o desenvolvimento da aplicação,
programa normalmente é construído de forma seqüencial. Ficando a cargo do próprio mas normalmente não consegue fazer o uso ideal dos recursos fornecidos por cada
compilador explorar o paralelismo da aplicação. Normalmente consegue-se um ganho de arquitetura paralela.
desempenho pequeno se comparado à exploração explicita do paralelismo, mas a
construção do aplicativo exige o mínimo esforço do programador, já que este ira Por sua vez as linguagens de programação paralelas conseguem um ótimo desempenho
programar normalmente (de forma seqüencial), sem se preocupar em descobrir qual em arquiteturas paralelas, entretanto esse tipo de prática exige que o programador aprenda
trecho de código deve ser paralelizado e como isso será realizado. uma nova linguagem de programação, o que pode levar um tempo considerável e
consumir um tempo precioso na construção da aplicação paralela.
Extensões de paralelização: São normalmente bibliotecas que possuem primitivas de
comunicações, que facilitam o gerenciamento dos processos existentes em aplicações Desta forma a ferramenta que atualmente merece maior atenção são as extensões
paralelas. Essas bibliotecas podem ser utilizadas a partir de linguagens de programação paralelas, que podem ser usadas pelo programador em uma linguagem de programação já
normalmente seqüenciais (C++, Fortran, Pascal, etc). conhecida por ele, ficando a cargo dele apenas aprender como usar de forma eficiente as
rotinas que possibilitam a programação paralela. Além de que esse tipo de ferramenta
Linguagens de Programação Paralelas: Especialmente projetadas para serem usadas permite uma melhor adaptação de códigos seqüenciais para códigos paralelos, e
em ambientes paralelos, tais linguagens possibilitam a construção de aplicações bem finalmente consegue explorar de forma eficiente todos os recursos de uma arquitetura
estruturadas e possuem rotinas de gerenciamento de processos paralelos muito eficientes, paralela.
dinamizando desta forma a comunicação, sincronização e gerenciamento da aplicação
paralela. 9 10

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No que se refere a programação paralela alguns aspectos devem ser tratados: Decomposição/Particionamento
Tarefas
A decomposição de problemas em tarefas envolve o particionamento da aplicação. O
Para que um programa obtenha um bom desempenho em uma arquitetura paralela, ou Particionamento é definido como um conjunto especifico de tarefas que irá resolver um
melhor, em varias arquiteturas é necessário decompô-lo em um conjunto tarefas dado problema em um computador paralelo da maneira mais eficiente possível.
(também conhecido como processos), que são unidades de programas bem definidas
que fazem parte da aplicação principal. Existem dois métodos para se particionar tarefas:
A execução simultânea de múltiplas tarefas para resolver um dado problema pode
•Particionamento Estático: Neste método as tarefas são particionadas durante a
reduzir o tempo de execução.
programação e não em tempo de execução, desta forma cada processador recebe
As tarefas podem ser executadas todas juntas ou em qualquer seqüência. sua carga de trabalho antes de iniciar a computação.
Tarefas também podem apresentar dependência, e desta forma necessitam esperar que
•Particionamento Dinâmico: Neste método o particionamento é feito durante a
outras tarefas sejam executadas para terminar sua própria tarefa.
execução do programa.

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Escalonamento
Escalonamento
Sendo que no estático os processos e a ordem em que eles serão executados são
Uma vez que o programa foi dividido em processos, cada processo pode ser executado conhecidos antes da execução do programa, para se realizar um bom escalonamento
em um processador diferente. estático é necessário conhecer o tempo de execução de cada tarefa bem como o tempo
que cada unidade de processamento e seus recursos levaram para executar tal tarefa o
A esse mapeamento entre processos e processadores dá se o nome de escalonamento, o que não é nada fácil, outra dificuldade neste modelo, é que se uma unidade de
qual tem por objetivo o aumento da utilização de recursos computacionais fornecidos processamento parar de funcionar, o programa ira ser abortado, já que não há como
pela arquitetura paralela. fazer o re-escalonamento das tarefas, pois esse é estático.

O escalonamento é comumente observado em Sistemas Operacionais, porem este é No dinâmico os processos são atribuídos aos seus processadores durante a execução.
conhecido como escalonamento local, e refere-se ao problema de atribuição das fatias Neste ambiente não se faz necessário conhecer totalmente o ambiente no qual o
de tempo (time-slices) de um processador aos processos. programa paralelo ira ser executado, já que normalmente o programa ira se adaptar e
moldar a arquitetura paralela, o que oferece uma melhor utilização dos processadores
O escalonamento citado aqui faz referência a um escalonamento global aplicável disponíveis, incrementando desta forma a flexibilidade quanto ao aproveitamento do
geralmente em Sistemas Distribuídos ou Paralelos. número de processadores que compõem a arquitetura.

O escalonamento da mesma forma que o particionamento, também pode ser estático ou Se o problema se adapta a qualquer número de processadores (1-n) então o algoritmo é
dinâmico chamado de escalável.
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Granularidade Tamanho do Problema

O número e o tamanho das tarefas decompostas em uma dada aplicação determinam a Outro aspecto que deve ser observado é a relação entre o número de processadores e o
granularidade do problema. Desta forma, granularidade refere-se ao tamanho de uma tamanho do problemae o programador deve estar atento a esse fator.
tarefa em um processador e a performance de um algoritmo paralelo depende da
granularidade do programa. Na verdade o tamanho do problema já foi um dos maiores empecilhos enfrentados por
sistemas computacionais, já que em 1967 Amdahl’s definiu que em um dado problema
Se um programa for dividido em um pequeno número de grandes tarefas (chamada de de tamanho fixo, o paralelismo não teria grandes ganhos de desempenho, pois logo
granularidade-grossa) a tendência é que esse algoritmo seja mais adequado para atingiria o pico de ganho de desempenho e não continuaria a aumentar o desempenho
arquiteturas com um número pequeno de processadores e desta forma se torne uma conforme fosse crescendo o número de processadores.
aplicação com um nível de paralelização muito baixo.
A esta afirmação se deu o nome de lei de Amdahl’s, tal lei causou certo marasmo
Já se um programa for dividido em um grande número de pequenas tarefas dentre as pesquisas de sistemas paralelos, até que em 1988 Gustafson, observou que
(granularidade-fina), o programa terá um nível de paralelização maior, entretanto é Amdahl’s assume que o número de processador é independente do tamanho do
bem provável que neste caso o programa faça maior uso da rede interconexão, podendo problema, o que normalmente nunca é o caso. Na prática o tamanho do problema e
desta forma perder desempenho devido ao alto grau de comunicação requerido entre as escalar ao número de processadores. Quando é dado mais poder computacional, o
tarefas. O programador de aplicações paralelas deve balancear a granularidade da problema geralmente se expande para fazer uso das facilidades da arquitetura tal
aplicação tentando manter um alto coeficiente de paralelização e da mesma forma descoberta permitiu que os estudos sobre sistemas paralelos tomassem novos rumos.
tentando reduzir a necessidade de comunicação entre as tarefas.
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Modelos de algoritmos paralelos
Data Parallelism
Além de escolher alguma ferramenta de programação, é necessário ter-se em mente Explora os dados a serem processados pelo programa paralelo.
como o algoritmo será paralelizado, principalmente se o desenvolvedor do aplicativo
escolher uma ferramenta na qual necessite paralelizar a aplicação de forma direta como Cada tarefa executa operações semelhantes sobre dados diferentes. Este modelo
ferramentas de extensão e linguagens paralelas. emprega balanceamento de carga de trabalho estático o que normalmente garante um
bom balanceamento de carga.
Modelos de algoritmos paralelos são formas de estruturar algoritmos paralelos através O paralelismo de dados apresenta ótimos resultados, pois geralmente não requer muita
de técnicas de decomposição, mapeamento e estratégias de minimização das interações comunicação o que diminui o overhead e o tempo gasto com a comunicação, portanto
entre as tarefas. este modelo apresenta ganhos de desempenho exponenciais (quanto mais
processadores melhor), e quanto maior a entrada de dados melhor é seu desempenho.
Um exemplo desta prática é um algoritmo de multiplicação de matrizes no qual as
colunas e as linhas das matrizes a serem multiplicadas são distribuídas entre os
diversos processadores que compõem a arquitetura paralela, e cada processador
executa o mesmo código para multiplicar essas linhas e colunas, completando desta
forma a aplicação.

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Task Graph Work Pool
Neste modelo o inter-relacionamento entre as tarefas do problema é utilizado para Também conhecido como Task Pool, é caracterizado por um mapeamento dinâmico
agrupar os dados relacionados. entre tarefas e processadores visando desta forma um alto grau de balanceamento de
carga entre os processadores.
Procurando-se deixar os dados que se inter-relacionam sempre onde possam ser
acessados de forma mais rápida (por exemplo, na memória local), facilitando a Tal mapeamento pode ser centralizado ou descentralizado. As tarefas podem ser
comunicação ou pelo menos reduzindo o custo da comunicação entre os processos. armazenadas em listas de prioridade, tabelas hash, ou em árvores. As tarefas podem ser
estáticas ou dinâmicas, desta forma um processo pode gerar uma tarefa e coloca-la
O modelo Task Graph é utilizado para resolver problemas nos quais vários dados estão
numa lista global (work pool) para ser executada.
associados e as tarefas necessitam interagir entre elas, fazendo uso desses dados.
Em arquiteturas de passagem de mensagem esse modelo é normalmente usado quando
Este tipo de modelo é mais facilmente implementado em arquiteturas de memória
a quantia de dados associados à tarefa é relativamente pequena se comparada com a
compartilhada, mas pode ser implementado em arquiteturas de memória distribuída
computação associada com as tarefas.
também. Desta forma um programa paralelo pode ser representado por um grafo de
tarefas (task graph) nos quais os nós representam módulos e arestas indicam a O mesmo exemplo da multiplicação de matriz pode ser utilizado aqui, mas neste caso
necessidade de comunicação entre esses nós. os processadores irão buscar as tarefas a serem executadas (as linhas e colunas) em
uma lista.
Um exemplo de aplicação que utiliza este modelo é o método de ordenação quicksort.

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Processor Farm Pipeline ou Produtor-Consumidor
Neste modelo existe um processador principal (também chamado de “mestre”) que é Este modelo segue o modelo de pipeline empregado pelos processadores, ou seja, um
responsável por gerenciar um grupo de processadores (chamados de “escravos”), no fluxo de dados é passado através de uma sucessão estágios.
qual cada escravo processa assincronamente tarefas submetidas pelo mestre. O mestre
Cada estágio executa uma tarefa diferente sobre este fluxo de dados. Essa execução
gerencia o trabalho dos escravos e faz o balanceamento de carga.
simultânea de diferentes tarefas sobre um fluxo de dados também é chamado de stream
Este modelo é muito utilizado tanto por arquiteturas de memória compartilhada quanto parallelism.
por memória distribuída, entretanto é necessário ter-se cuidado para que o processador
Cada processo no pipeline pode ser visto como o consumidor de uma seqüência de
mestre não se torne um gargalo neste modelo.
dados do processo que o precede e um produtor de dados para o processo seguinte do
Utilizando a mesma aplicação de multiplicação de matrizes, neste método um pipeline, daí o nome Produtor-Consumidor.
processador ficará responsável por distribuir as colunas e linhas a serem multiplicadas.
Utilizando mais uma vez o exemplo da multiplicação de matriz, neste método cada
estágio seria responsável por uma operação, sendo, o primeiro estágio responsável pela
entrada de dados, o segundo pela multiplicação, o seguinte pela soma e o último pela
saída, terminando desta forma todos os estágios do pipeline necessários por essa
aplicação.

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Em alguns casos mais de um modelo de programação paralela pode ser aplicado para a Em comparação com algoritmos síncronos, os assíncronos requerem menos acesso à
resolução de um problema. Um modelo híbrido pode ser construído aplicando vários memória compartilhada, o que reduz a disputa por memória.
modelos de forma hierárquica ou aplicando-se múltiplos modelos de forma seqüencial
para diferentes fases do algoritmo. Em geral, algoritmos assíncronos são mais eficientes devido aos processos nunca
esperam outro processo.
Ainda no que se refere a modelos de programação introduz mais dois modelos que
podem ser considerados como modelos básicos para os modelos discutidos
Isso normalmente diminui o tempo de execução o resultado dos processos que são
anteriormente: Síncrona e Asincrona.
executados mais rapidamente pode ser usado para eliminar processos mais lentos;
-Na estrutura síncrona (Partitioning Algorithms) dois ou mais processos estão ligados menos competição por memória.
por um ponto comum de execução usado com propósitos de sincronização. Um
processo irá atingir um ponto de no qual terá de esperar por outros (um ou mais) Entretanto algoritmos assíncronos são difíceis de programar. Sua análise é mais
processos. Após os processos terem alcançado o ponto de sincronização, eles podem complexa que a de um algoritmo síncrono.
continuar a execução do programa até o próximo ponto de sincronização.
Sendo ainda às vezes até mesmo impossível de resolver um dado problema de maneira
-A estrutura assíncrona permite que os processos pertencentes ao algoritmo trabalhem
assíncrona.
com o dado mais recente fornecido pela execução de outros processos (um ou mais).
Quando um processo termina um estágio este atualiza as informações necessárias e
inicia o próximo estágio.

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AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

Quando um sistema paralelo utiliza dois processadores, logo se cria a expectativa de Uma questão muito importante a ser abordada por qualquer pesquisador de sistemas
que qualquer programa executado nesta máquina será processado duas vezes mais paralelos, é o de como verificar e explorar o ganho de performance em um sistema
rápido do que numa máquina monoprocessada. paralelo, já que a performance em sistemas paralelos é o resultado de interações
complexas entre recursos de hardware e software.
Porém, isso não é verdade. Para que a execução paralela atinja o máximo de
desempenho, o código do programa originalmente desenvolvido de forma seqüencial Envolvendo características de aplicações, tal como, estrutura do algoritmo, parâmetros
deve, de alguma maneira, ser 100% paralelizado. de entrada, tamanho do problema e físicas, como, número de processador, taxas de
transferência da rede de interconexão, etc.
A lei de Amdahl sugere que é muito difícil alcançar uma performance de pico esperada
para as arquiteturas paralelas mas, ainda que não se consiga paralelizar totalmente um Todos esses aspectos determinam como a aplicação explora os recursos disponíveis em
algoritmo e alcançar sempre a performance ideal em sistemas paralelos, é possível arquiteturas paralelas e consequentemente como influenciam na performance.
atingir ganhos de desempenhos consideráveis paralelizando os núcleos de programas
(parte principal do programa na qual se concentra a maior parte do esforço
computacional) de forma que o programa paralelo obtenha ganhos de desempenho
consideráveis.

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AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO Medidas em computação paralela faz referência à execução de uma aplicação paralela
com P processadores, onde K diferentes atividades e N regiões de códigos podem estar
Uma boa maneira de se conseguir uma ótima interação entre hardware e software e sendo monitoradas.
atingir um bom desempenho usando sistemas paralelos é analisando o comportamento
de cada atributo da arquitetura frente a um conjunto de algoritmos (tais algoritmos são Esses parâmetros podem ser medidos analisando diferentes parâmetros, por exemplo,
denominados Benchmarks) que teste tal arquitetura da maneira mais completa possível. medir atividades de computação, comunicação, aceso a memória, I/O (Input/Output –
entrada/saída) ou regiões do código como loops, rotinas, etc.
Desta forma faz-se necessárias ferramentas para analisar de forma concisa como um
algoritmo faz uso da arquitetura paralela. Softwares de analise e métricas de Vários parâmetros podem ser medidos em arquiteturas paralelas:
performance são divididos em estáticos e dinâmicos. Parâmetros de tempo;
Parâmetros quantitativos como:
Medidas estáticas incluem: número de nós, grau de sincronização, tamanho do caminho Número de operações de entrada e saída (I/O);
Número de bytes lidos e escritos (read/written);
a ser percorrido, caminho máximo que um nó de entrada tem de fazer a um nó de saída,
Número de acessos à memória;
tamanho do problema, etc. Número de perdas de cache (cache misses);
Número de bytes enviados e recebidos (sent/received);
Métricas dinâmicas são: tempo de computação total entre os processadores, tempo de
comunicação, tempo de execução, volume de comunicação, volume de entrada/saída, Então as propriedades de métricas de sistemas paralelos devem ser extensamente
entre outros. estudadas, pois elas influenciam diretamente no desempenho de uma aplicação
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O tamanho do problema já foi um dos maiores empecilhos enfrentados por sistemas Elapsed Time
computacionais, já que em 1967 Amdahl’s definiu que em um dado problema de
tamanho fixo, o paralelismo não teria grandes ganhos de desempenho, pois logo Existem diversas medidas para a caracterização de performance de um sistema
atingiria o pico de ganho de desempenho e não continuaria a aumentar o desempenho paralelo, mas as que mais se destacam são: tempo de execução, speedup e eficiência.
conforme fosse crescendo o número de processadores.
Historicamente o tempo de execução ou o tempo decorrido (elapsed time) é uma das
A esta afirmação se deu o nome de lei de Amdahl’s, tal lei causou certo marasmo métricas mais populares para verificar a performance em um dado sistema.
dentre as pesquisas de sistemas paralelos, até que em 1988 Gustafson, observou que
Amdahl’s assume que o número de processador é independente do tamanho do O tempo de execução serial é o tempo decorrido do inicio da execução do programa até
problema, o que normalmente nunca é o caso. o seu termino em um computador seqüencial.

Na prática o tamanho do problema e escalar ao número de processadores. Quando é Já o tempo de execução paralelo é o tempo decorrente do momento em que o programa
dado mais poder computacional, o problema geralmente se expande para fazer uso das inicialmente é executado na arquitetura paralela até o momento que o ultimo
facilidades da arquitetura, tal descoberta permitiu que os estudos sobre sistemas processador empregado para a resolução do problema termina a execução.
paralelos tomassem novos rumos.

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Speedup Speedup

Em conjunto com o tempo decorrido existe uma métrica denominada speedup O speedup absoluto é definido como o tempo decorrido na execução seqüencial do
(aceleração ou ganho de desempenho) que é extremamente utilizada em bibliografias melhor algoritmo dividido pelo tempo de execução decorrente no algoritmo paralelo.
sobre arquitetura paralela.
Já speedup relativo é definido como o tempo decorrente de um algoritmo paralelo em
O speedup é o produto do tempo decorrido de uma arquitetura pela outra, um bom um processador e o tempo decorrente do mesmo algoritmo paralelo em N
motivo para se utilizar o speedup é que ele combina todos os efeitos típicos da processadores.
computação paralela e apresenta resultados gráficos
A razão para se usar speedup relativo é que a performance de algoritmos paralelos
Existem duas modalidades bem definidas para se medir o speedup, que são: varia de acordo com o número de processadores disponíveis em uma arquitetura e
comparando o mesmo algoritmo com vários números de processadores é possível
•Speedup absoluto; verificar de forma mais sincera a degradação do uso do paralelismo, do que se usando
•Speedup Relativo. o speedup absoluto que faz a comparação com um algoritmo serial, o que pode não ser
tão imparcial.

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Speedup Programação Paralela Programação Paralela

Existem vários parâmetros que podem ser expressos através do speedup, os mais Speedup
significantes são o speedup de tamanho de problema fixo (fixed-size speedup) que foi
descrito por Amdahl’s, e o speedup de tempo fixo (fixed-time speedup), descrito por Na pratica pode-se definir a aceleração (speedup) ou ganho que sofre cada arquitetura,
Gustafson’s que é o mais usado atualmente. medindo-se o tempo de execução na arquitetura seqüencial dividido pelo tempo
consumido pela execução na arquitetura paralela, para executar o mesmo problema,
Tamanho do
W1 W1 W1 W1
Tempo de
TW1 isso para o speedup absoluto. No caso do speedup relativo é só colocar no lugar do
Problema Execução
TW1
tempo de execução do programa seqüencial o tempo do algoritmo paralelo executado
TW1 com apenas um processador.
TW1
WN WN WN WN
TWN WTN WTN WTN

1 2 3 4 1 2 3 4
TempoExecuçãoSeqüencial
Número processadores Número processadores
Aceleração =
Amdahl’s - fixed-size speedup TempoExecuçãoParalelo
SPEEDUP Absoluto
W1

Tamanho do
W1
Tempo de
TempoExecuçãoParalelo1
Problema
W1
Execução
Aceleração =
W1 TW1 TW1 WT1 WT1
TempoExecuçãoParalelo N
WN WN WN WN
WTN TWN WTN WTN SPEEDUP Relativo
1 2 3 4 1 2 3 4
33 34
Número processadores Número processadores

Gustafson - fixed-time speedup e-mail: luiz_arthur@unipar.br e-mail: luiz_arthur@unipar.br

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Eficiência Eficiência

Outra medida que pode ser empregada no estudo de arquiteturas paralelas e é derivada Uma pergunta natural então é: qual é o limite para se aumentar o número de
do speedup é a eficiência. Eficiência é uma medida da fração de tempo para o qual um processadores proporcionalmente ao tamanho do problema?
processador é realmente usado. Em sistemas paralelos ideais o speedup é igual ao
número de processadores e a eficiência é igual a um. Na pratica o speedup é menor que Isso depende da arquitetura, mas se o tamanho do problema é constante enquanto o
o número de processadores e a eficiência fica entre zero e um. número de processadores aumenta a eficiência apresenta quedas, por causa do
acréscimo de overhead (controle de comunicação entre os processadores) causado pelo
A analise de eficiência permite determinar a melhor combinação de algoritmo e número de processadores.
arquitetura para um problema.
Já se o tamanho do problema aumenta enquanto o número de processadores é constante
A eficiência relata o tamanho do problema e o número de processadores requeridos então a eficiência aumenta (no caso sistemas paralelos escalares) devido ao baixo
para manter o sistema eficiente, e isso ira ajudar a determinar a escalabilidade do overhead é insignificante perto da computação do problema.
sistema, sua velocidade e largura de banda da rede de comunicação.
Desta forma pode-se manter a eficiência desde que se aumente de forma proporcional o
Existe um referencia direta entre o número de processadores, tamanho do problema e a tamanho do problema. É claro que é muito difícil encontrar a relação exata entre o
eficiência, de forma que se for aumentado o número de processadores a eficiência será tamanho do problema ideal para cada arquitetura, já que o problema pode estar
reduzida, e aumentando o tamanho do problema é aumentada à eficiência, desta forma associado a inúmeros aspectos de hardware e software.
se for aumentado ambos a eficiência será constante. 35 36


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REDES DE COMPUTADORES
Programação Paralela

Eficiência

A eficiência é considerada um método analítico que investiga a escalabilidade dos
algoritmos.

Tal métrica é obtida pela formula E = S/p, sendo S o speedup e p o número de
processadores.

Portanto o número processadores deve se escolhido de forma a maximizar a eficiência
e o speedup da arquitetura.

Cada algoritmo paralelo tem um inerente aumento de concorrência entre os
processadores que determina o número máximo de processadores que podem ser
simultaneamente usado durante a resolução de um dado tamanho do problema.

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