Sistemi Concorrenti e Distribuiti Corso di Laurea Magistrale in Informatica Università di Padova, a.a. 2012/13 Docente: Tullio Vardanega

(Ultimo aggiornamento: 30 novembre 2013 ore 19:45)
[inserito materiale lezioni 26-28]

Presentazione del corso

Obiettivi

Il corso si propone di:

• illustrare problematiche e modelli di base e avanzati di concorrenza (intesa come rappresentazione di parallelismo potenziale) realizzata a software, usando i linguaggi di programmazione Java e Ada come strumenti di sperimentazione in quanto dotati di supporto diretto alla concorrenza
  
• analizzare i principi costruttivi e i paradigmi architetturali e realizzativi che stanno alla base dei sistemi distribuiti, nella loro evoluzione da sistemi multiprocessori omogenei a sistemi multicomputer eterogenei lascamente interconnessi.
  

Il corso si articola in due segmenti sequenziali e complementari.

1. Nel primo segmento si prendono in esame modelli e paradigmi di programmazione concorrente, concentrandosi sulla concorrenza direttamente esprimibile a linguaggio (ossia senza ricorso a librerie di sistema) utilizzando Ada e Java per studiarne e raffrontarne le tecniche di realizzazione concreta.
2. Nel secondo segmento si affronta l'evoluzione architetturale tecnologica dei sistemi distribuiti, culminando nell'analisi di CORBA come paradigma di interconnessione di sistemi eterogenei secondo il modello cliente-servente.

Nell'ambito di entrambi i segmenti del corso, il docente proporrà allo studente esercizi da realizzare in proprio in laboratorio per sperimentare direttamente le problematiche progettuali e realizzative, e i paradigmi di soluzione illustrati a lezione.

Propedeuticità obbligatorie strette

• Sistemi Operativi
• Reti

Materiale didattico

1. Concurrent and Real-Time Programming in Ada
   Alan Burns and Andy Wellings
   Cambridge University Press ISBN 978-0-521-86697-2
   
   
2. Distributed Systems - Principles and paradigms (Second edition)
   Andrew S Tanenbaum, Maarten van Steen
   Pearson Prentice Hall ISBN 0-13-239227-5

Risorse

• GNAT GPL 2013 (ambiente di programmazione offerto da AdaCore)
• Ada e-learning
• Ada information clearinghouse
  

Calendario delle lezioni

Settimana	Data	Lezione	Contenuto	Materiale didattico
Sistemi concorrenti
1	1 ottobre	1	Lezione: Programmazione concorrente Esempio 1: tre modi di programmare il sistema visto a lezione	1.§1-2
	2 ottobre	2
	3 ottobre	3	Lezione: Comunicazione tra processi in un sistema concorrente Esempio 2: soluzioni concorrenti al problema dei filosofi a cena Esercizio: Quelli descritti nel materiale di lezione	1.§3
3	14 ottobre	4	Continuazione lezione 3
	15 ottobre	5	Lezione: Un modello di concorrenza concreto Esercizio: "master e dependent": Studiare il comportamento del programma concorrente dato Esercizio: "Il crivello di Eratostene". Compilare, eseguire e analizzare le caratteristiche salienti del programma concorrente proposto per la realizzazione dell'algoritmo	1.§4
	16 ottobre	6	Continuazione lezione 5
	17 ottobre	7	Lezione: Il modello rendez-vous Esempio 3:"Il crivello di Eratostene bis"	1.§5
4	21 ottobre	8	Lezione: Estensioni del modello rendez-vous Esercizio: "Il crivello di Eratostene ter". Compilare, eseguire e analizzare tutte le differenze strutturali del programma proposto rispetto alla soluzione precedente	1.§6
	22 ottobre	9	Lezione: Risorse protette Esempio 4: "Controllo di accodamento" - "Controllo di accodamento versione estesa" Esempio 5: "Sistema produttore consumatore con bounded buffer" Esempio 6: "Il barbiere che dorme" Per approfondire: Per Brinch Hansen: "Structured Multiprogramming" (CACM, 1972)	1.§7
	23 ottobre (3h)	10	Continuazione lezione 9 Per approfondire: astrazioni realizzabili mediante risorsa protetta 1: semaforo 2: segnali persistenti 3: segnali transitori 4: messaggi in diffusione 5: eventi 6: barriere
	24 ottobre	11	Lezione: Criteri di sincronizzazione Esempio 7: "Allocazione di risorse" Esercizio: Migliorare l'efficienza della soluzione dell'esempio 7 Per approfondire: Toby Bloom: "Evaluating Synchronization Mechanisms" (CACM, 1979) Per approfondire: Il modello di concorrenza in C# Per approfondire: Per Brinch Hansen sulla concorrenza in Java	1.§8
5	28 ottobre	12	Esempio 8: "Sistema ferroviario" Esercizio: Analizzare la soluzione dell'esempio 8 e realizzare la stessa semantica concorrente utilizzando un linguaggio alternativo a piacere, discutendo i problemi riscontrati e le differenze eventualmente irriducibili Lezione: Correttezza temporale Per approfondire: Definizione dei protocolli di priority inheritance Una critica alla priority inheritance Una risposta alla critica Un modello di riferimento per politiche di ordinamento
	31 ottobre	13	Lezione: Cenni sulla virtualizzazione	1.§13-14
			Argomenti opzionali: Trattamento di eventi asincroni (1.§9) Interazione tra concorrenza e orientazione a oggetti Per approfondire: Il problema dell'inheritance anomaly
Sistemi distribuiti
7	11 novembre	14	Lezione: Definizione e architettura di sistema distribuito Per approfondire: Topologie di interconnessione	2.§1-2
	12 novembre	15	Continuazione lezione 14
	13 novembre (3h)	16	Lezione: Modelli di comunicazione in un sistema distribuito	2.§4
	14 novembre	17	Continuazione lezione 16
8	Questionario valutazione didattica
	18 novembre	18	Continuazione lezione 16 Esempio 9: Trasparenza di distribuzione a livello linguaggio	2.§4
	19 novembre (3h)	19	Lezione: Processi e concorrenza in un sistema distribuito Per approfondire: La specifica stateless del server NFS	2.§3,10.2
	20 novembre (3h)	20	Lezione: Denominazione di entità	2.§5
	21 novembre	21	Continuazione lezione 20
9	25 novembre	22	Lezione: Sincronizzazione in un sistema distribuito Per approfondire: Uso del "distributed snapshot" di Chandy e Lamport	2.§6.3-5
	26 novembre (3h)	23	Esercitazione con Esempio 10: " Implementazione dell'algoritmo Chandy-Lamport"
	27 novembre (3h)	24	Lezione: Il modello Java RMI Esempio 11: "Un semplice eco esposto al rischio di data race"	2.§10.3.4
10	2 dicembre	26	Lezione: Il modello di distribuzione nativo in Ada Per approfondire: Ada Gems 84, 85, 87, 20	PolyORB
	3 dicembre	27	Continuazione lezione 26 Esempio 12: "Crivello di Eratostene in versione distribuita" - codice Per approfondire: YAMI4: un middleware per scambio messaggi in distribuito
	4 dicembre (3h)	28	Lezione: Il modello CORBA Per approfondire: CORBA Portable Object Adapter	2.§10
	5 dicembre	29	Ricapitolazione e assegnazione tema di prova finale

Note pratiche

Le lezioni indicate in calendario si terranno con l'orario e la collocazione riportati sul sito del CCS di Informatica.

Ricevimento studenti

Il ricevimento studenti si tiene (per appuntamento) in stanza 400 il:

• lunedì 11:30 - 12:30
• mercoledì 09:00 - 11:00