Sistemas Operecionais

1 1 3EC 1º Global Solution 2025 Sistemas Operacionais Eventos Extremos Monitoração do Aumento do Nível Global dos Oceanos Estimase que entre 1900 e 2018 o nível global do mar tenha subido cerca de 20 centímetros aproximadamente 17 mmano Contudo desde 1993 quando os dados globais de satélites que atuam como radares altimétricos capazes de monitorar a topografia da superfície do oceano foram disponibilizados é possível verificar que em quase todos os lugares a taxa de aumento está crescendo e de forma acelerada só na última década o aumento do nível do mar mais que dobrou chegando à média global de 4 mmano Por exemplo ao redor de toda Austrália o nível do mar está subindo nesse ritmo Os medidores de maré indicam que desde o início da década de 1990 a taxa de aumento do nível do mar no norte da Austrália seja de 4 a 6 mmano e ao longo da costa sudeste seja de 2 a 4 mmano Este dado por si só é alarmante Embora alguns milímetros de água a mais possam parecer inofensivos os pesquisadores estimam que cada 25 centímetros de elevação do nível do mar corresponde a menos 25 metros de praia nas regiões costeiras O intervalo provável das projeções mais recentes do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas IPCC é um aumento entre 40 e 80 cm até 2100 refletindo no pior caso possível em uma perda de 80 m de praia o que seria uma catástrofe sem precedentes Não é à toa que em 2022 o Parlamento da Indonésia aprovou uma lei para transferir a capital do país de Jacarta na Ilha de Java para uma área a selva de Calimantã na Ilha de Bornéu A ideia de transferir a capital tem sido recorrente entre os governos do país nos últimos anos Situada abaixo do nível do mar Jacarta afunda em média cerca de 75 cm por ano Sem medidas de adaptação urgentes cerca de 25 da 2 2 área da capital poderá ficar submersa até 2050 Apesar de terríveis estas previsões podem ser ainda piores já que os cientistas têm muitas incertezas sobre os efeitos do derretimento das camadas de gelo e geleiras da Terra de modo que aumentos de quase 2 m até 2100 e de 5 m até 2150 não podem ser ignorados E para piorar nossa situação identificar de forma precisa alguns milímetros de mudança em meio à agitação dinâmica do oceano é um desafio enorme A superfície do oceano é irregular o atrito entre os ventos e a água faz com que as ondas se acumulem a força gravitacional exercida pela Lua faz com que as marés subam e desçam a rotação da Terra e o fluxo das correntes marinhas causam oscilações na superfície a pressão atmosférica pode exercer maior ou menor força sem contar que a água do mar com diferentes temperaturas e salinidades pode ser mais ou menos densa preenchendo mais ou menos volume Em meio a tantos desafios a ONG Sea Level Monitoring System foi criada com o objetivo de coletar e analisar os dados fornecidos pelos satélites altimétricos Jason3 em operação desde 2016 e JasonCS lançado em 2020 e pelos cerca de 1500 marégrafos instalados ao redor do globo PSMSL Permanent Service for Mean Sea Level Preocupados com o futuro do planeta você e sua equipe se engajaram nesse projeto Considere que o primeiro desafio que vocês terão pela frente é analisar vários aspectos referentes ao desempenho dos computadores de um cluster de servidores para recepção armazenamento e análise dos dados de sensores de monitoramento do aumento do nível global dos oceanos Referências httpsearthobservatorynasagov httpswwwearthdatanasagov httpspsmslorgdataobtaining 3 3 1 Nas estações onde estão instalados os marégrafos instrumento que serve para medir e registrar a altura das marés há outros sensores para medição de características físicas e químicas da água do mar temperatura pressão densidade salinidade pH concentração de gases dissolvidos oxigênio nitrogênio e dióxido de carbono etc Assim cada estação gera 12 mensagens por minuto e cada mensagem requer 20 ms milissegundo 1103 s para ser tratada a 10 ponto Considerandose que este sistema utilizará computadores equipados com processadores AMD EPYC 9754S 256 MB L3 cache 225 GHz com 128 núcleos físicos cores o cluster de servidores necessários para tratar as mensagens geradas pelas 1500 estações de monitoramento será formado por quantos computadores b 10 ponto Considerandose que os processadores AMD EPYC 9754S são equipados com a tecnologia hyperthreading a quantidade de computadores calculada no item a mudará 2 20 pontos Obviamente é possível estimar o desempenho de um sistema antes dele ser colocado em operação Assim considere um sistema operacional que utilize escalonamento circular com fatia de tempo igual a 10 ut unidades de tempo e com tempo para troca de contexto desprezível 0 zero ut em execução em um computador com apenas um processador No instante de tempo inicial existem apenas três processos P1 P2 e P3 na fila de processos prontos e o tempo de CPU de cada processo é respectivamente 9 13 e 15 ut Faça o gráfico de execução destes três processos em função do tempo considerando a Os processos P1 P2 e P3 são executados nesta ordem b Que o processo P1 realiza duas operações de ES a primeira operação de ES é executada após 5 ut de processamento e consome 9 ut para ser concluída e a segunda operação de ES é executada após 6 ut de processamento e consome 7 ut para ser concluída c Que o processo P2 realiza uma operação de ES executada após 4 ut de processamento e consome 6 ut para ser concluída d Que o processo P3 não realiza operações de ES 4 4 3 30 pontos Ainda sobre o desempenho de sistemas computacionais medidas efetuadas em um determinado sistema operacional mostraram que em média um processo é executado por um tempo T antes de ser bloqueado por operações de entrada e saída ES A troca de contexto é feita em um tempo S que se constitui obviamente em uma sobrecarga overhead Para um escalonamento circular com fatia de tempo Q quantum associe o valor ou a fórmula que representa a eficiência do processador deste sistema para cada um dos valores de Q listados abaixo A S T Q B S Q T C S Q T D Q E Q 0 ef Tu onde Tu Tempo útil de processamento do processo Pi Tt Tt Tempo total para o processamento do processo Pi 4 10 ponto Um computador tem 8 GB de memória RAM da qual o sistema operacional ocupa 512 MB Os processos ocupam 256 MB cada um e têm as mesmas características Se o objetivo é a utilização de 957 da CPU qual é a espera de ES máxima que pode ser tolerada 1 GB 1024 MB Utilização da CPU 1 pn 5 Considere o seguinte algoritmo de escalonamento por prioridade com preempção baseado em prioridades que se alteram dinamicamente Números de prioridade maiores implicam prioridades mais altas Quando um processo está esperando pela CPU na fila de processos Prontos sua prioridade muda a uma taxa alfa quando ele está em execução sua prioridade muda a uma taxa beta Todos os processos recebem prioridade 1 quando eles entram na fila de processos Prontos Os parâmetros e podem ser ajustados para gerar algoritmos de escalonamento diferentes a 10 ponto Qual é o algoritmo que resulta de 0 b 10 ponto Qual é o algoritmo que resulta de 0 1 Dimensionamento do Cluster Cada estacao gera 12 mensagensminuto 1260 02 mensagenss Para 1500 estacoes λ 1500 02 300 mensagens por segundo Cada mensagem requer 20 ms 002 s de CPU Logo CPUsegundoss necessarios 300 002 6 s de CPU por segundo real Cada computador tem um processador AMD EPYC 9754S com 128 nucleos fısicos cada nucleo fornecendo 1 CPUss Portanto por maquina 128 cores 1 CPUs s 128 CPUs s a Sem hyperthreading Numero de maquinas necessarias N 6 128 00469 1 computador suficiente b Com hyperthreading 256 logical cores Embora o numero de threads dobre a capacidade de CPU real nao dobra Ainda assim 256002ss 6ss de modo que N 6 256 00234 1 computador Portanto nao muda continua sendo 1 computador 2 Graficos de Escalonamento RoundRobin Q 10 troca de contexto 0 2a Sem ES Tempos de CPU pendentes iniciais P1 9 P2 13 P3 15 1 2b So P1 faz ES P1 CPU 05 ES 514 CPU rem 4 ut P2 CPU 515 10 ut P3 CPU 1525 10 ut P1 CPU 2529 4 ut P2 CPU 2932 3 ut rem P3 CPU 3237 5 ut rem 2 2c P1 e P2 fazem ES P1 CPU 05 ES 514 CPU 2529 4 ut rem P2 CPU 59 ES 915 CPU rem 9 ut P3 idem sem ES t 05 P1 59 P2 915 P36ut 1525 P310ut 2529 P1 2933 P24ut 3337 P25ut 3742 P35utrem 2d So P2 faz ES Analogamente tracase o grafico incluindo apenas o bloqueio de P2 apos 4 ut 6 ut de ES e sem ES para P1 nem P3 3 3 Eficiˆencia do Processador ef Tu Tt A S T Q o quantum cobre todo o burst de CPU ef T T S B S Q T o processo sera preemptado varias vezes em cada fatia ha um overhead S ef Q Q S C S Q T do caso anterior com Q S ef Q Q Q 1 2 D Q nenhum preempt ou apenas 1 contexto equivale ao caso A ef T T S E Q 0 quantum infinitesimal overhead domina ef 0 4 Utilizacao de 957 da CPU Memoria total para processos 8 GB 512 MB 8192 512 7680 MB Cada processo ocupa 256 MB grau de multiprogramacao n 7680 256 30 Queremos U 1pn 0957 pn 10957 0043 p 0043130 09004 Isto e a fracao de tempo em espera ES maxima que cada processo pode ter e pmax 09004 900 4 5 Algoritmos de Escalonamento Dinˆamico Seja α a taxa de aumento de prioridade na fila de prontos e β a taxa de aumento de prioridade em execucao a β α 0 A prioridade cresce mais rapido enquanto o processo esta em CPU fa zendo com que tarefas CPUbound assumam preferˆencia contınua mo nopolizem a CPU Isso degenera em FCFS naopreemptivo run tocompletion b α β 0 A prioridade cresce mais rapido enquanto o processo espera favore cendo IObound e processos interativos Configura um escalonador preemptivo por prioridade com envelhecimento tıpico de feed back queues que previnem starvation 5