Sistemi Concorrenti e Distribuiti
Corso di Laurea Magistrale in Informatica
Università di Padova, a.a. 2014/15
Docente: Tullio Vardanega

(Ultimo aggiornamento: 10 gennaio 2015 ore 17:45)
[pubblicato materiale settimana 15]

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, per arrivare alle piattaforme Cloud dotate di capacità di scalabilità elastica.

Il corso si articola in due segmenti sequenziali e complementari.

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.
Nel secondo segmento si affronta l'evoluzione architetturale tecnologica dei sistemi distribuiti, con attenzione al modello CORBA che fissa paradigma di interconnessione di sistemi eterogenei secondo il modello cliente-servente adottato in diverse piattaforme tradizionali, per poi vedere il cambio di prospettiva comportato dall'avvento del modello Cloud.

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

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

Risorse

GNAT GPL 2014 (ambiente di programmazione offerto da AdaCore)
Ada e-learning
Ada information clearinghouse

Calendario delle lezioni

Settimana	Data	Lezione	Contenuto	Materiale didattico
Sistemi concorrenti
1	2 ottobre	1	Lezione: Programmazione concorrente Esempio 1: tre modi di programmare il sistema visto a lezione	1.§1-2
2	6 ottobre	2		1.§1-2
2	7 ottobre (3h)	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	13 ottobre	4	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
	14 ottobre	5	Continuazione lezione 4	1.§4
	16 ottobre (3h)	6	Lezione: Il modello rendez-vous Esempio 3:"Il crivello di Eratostene bis"	1.§5
4	20 ottobre	7	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
	21 ottobre (3h)	8	Continuazione lezione 7
	23 ottobre	9	Lezione: Risorse protette Esempio 4: "Controllo di accodamento" Esempio 5: "Sistema produttore consumatore con bounded buffer" Esempio 6: "Il barbiere che dorme" Per approfondire: Per Brinch Hansen: "Structured Multiprogramming" (CACM, 1972) Per approfondire: astrazioni realizzabili mediante risorsa protetta 1: semaforo 2: segnali persistenti 3: segnali transitori 4: messaggi in diffusione 5: eventi 6: barriere Per approfondire: soluzioni programmatiche per la condivisione di risorse	1.§7
5	30 ottobre	10	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
6	3 novembre	11	Continuazione lezione 10
	4 novembre (3h)	12	Lezione (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
	6 novembre (3h)	13	Lezione: Correttezza temporale Esempio 9: "Controllo di deviazione locale" Esempio 10: "Pattern di architettura concorrente" 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
			Argomenti opzionali: Trattamento di eventi asincroni (1.§9) Interazione tra concorrenza e orientazione a oggetti Per approfondire: Il problema dell'inheritance anomaly	1.§13-14
Sistemi distribuiti
7	10 novembre	14	Lezione: Cenni sulla virtualizzazione
	11 novembre	15	Lezione: Definizione e architettura di sistema distribuito Per approfondire: Topologie di interconnessione	2.§1-2
	13 novembre	16	Continuazione lezione 15
8	17 novembre	E	Esercitazioni di ripasso, in aula
8	20 novembre	E	Esercitazioni di ripasso, in aula
9	24 novembre	17	Lezione: Modelli di comunicazione in un sistema distribuito	2.§4
9	25 novembre (3h)	18	Continuazione lezione 17 Esempio 11: Trasparenza di distribuzione a livello linguaggio	2.§4
Questionario valutazione didattica
10	01 dicembre (15:30-17:45)	19	Lezione: Processi e concorrenza in un sistema distribuito Per approfondire: La specifica stateless del server NFS	2.§3,10.2
11	11 dicembre (15:30-16:30)	20	Lezione: Denominazione di entità	2.§5
12	15 dicembre	21	Continuazione lezione 20	2.§5
	16 dicembre (15:30-16:15)	22	Lezione: Sincronizzazione in un sistema distribuito Per approfondire: Uso del "distributed snapshot" di Chandy e Lamport	2.§6.3-5
	18 dicembre (3h)	23	Continuazione lezione 22 Esercitazione con Esempio 12: "Implementazione dell'algoritmo Chandy-Lamport" Per approfondire: Materiale di lezione @ Cornell University (Ken Birman)	2.§6.3-5
14	8 gennaio	24	Lezione: Il modello Java RMI Esempio 12: "Un semplice eco esposto al rischio di data race"	2.§10.3.4
15	12 gennaio	25	Lezione: Il modello di distribuzione nativo in Ada Altri esempi d'uso di DSA: (1), (2) Per approfondire (uso): Ada Gems 84, 85, 87, 20 Per approfondire (implementazione middleware): GLADE, RT-GLADE	PolyORB
	13 gennaio	26	Continuazione lezione 25 Esempio 13: "Crivello di Eratostene in versione distribuita" - codice Per approfondire: YAMI4: un middleware per scambio messaggi in distribuito	PolyORB
	15 gennaio (3h)	27	Lezione: Il modello CORBA Per approfondire: CORBA Portable Object Adapter
16	19 gennaio	28	Approfondimenti, ripasso generale e assegnazione 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

L'esame si terrà per appuntamento, nei periodi corrispondenti alle sessioni d'esame previste dal calendario accademico.