Arquitetura computacional

Question 1

O que é processamento paralelo?

Answer 1

Definição: Técnica onde várias tarefas são executadas simultaneamente por múltiplos processadores dentro de um único sistema (ou computador).

Características:

• Usa múltiplos núcleos de CPU ou processadores dentro de um mesmo sistema.
• Compartilha memória centralizada.
• Menor latência de comunicação entre processadores.
• Útil para tarefas que podem ser divididas em subtarefas independentes.

Question 2

O que é processamento distribuído?

Answer 2

Definição: Técnica onde o processamento é distribuído entre múltiplos computadores interconectados (nós), que colaboram para resolver um problema.

Características:

• Usa vários computadores independentes conectados via rede.
• Cada nó pode ter sua própria memória e sistema operacional (memória descentralizada).
• Comunicação ocorre via rede, o que pode introduzir latência.
• Útil para processamento de grandes volumes de dados em Big Data.

Question 3

O que é High Performance Computing (HPC)?

Answer 3

High Performance Computing (HPC) refere-se ao uso de supercomputadores e sistemas de computação paralela para processar grandes volumes de dados e realizar cálculos complexos com alta velocidade.

Os principais aspectos do HPC incluem:

• Arquitetura Paralela: Uso de múltiplos processadores que trabalham simultaneamente para resolver problemas computacionais.
• Cluster e Supercomputadores: Agrupamento de computadores conectados para atuar como um único sistema de alto desempenho.
• Aplicações: Utilizado em modelagem climática, simulações científicas, inteligência artificial, bioinformática e outras áreas que exigem grande capacidade computacional.
• Escalabilidade: Capacidade de aumentar o desempenho adicionando mais recursos computacionais.

O HPC é essencial para resolver desafios computacionais que seriam inviáveis em sistemas convencionais, impulsionando avanços científicos e tecnológicos.

Question 4

O que é hypervisor do Tipo 1?

Answer 4

• Hypervisor roda diretamente no hardware do servidor (nativo).
• Controla o hardware e o acesso do guest. Guest é o sistema operacional convidado.
• Compartilha os recursos de hardware entre as máquinas virtuais.
• Cada máquina acredita ter os recursos de forma exclusiva.

Question 5

O que é hypervisor do Tipo 2?

Answer 5

• Hypervisor funciona como uma aplicação fornecendo ambiente de execução para outras aplicações.
• Roda sobre um SO nativo como um processo dele.

Question 6

Quais as técnicas de virtualização na arquitetura x86?

Answer 6

• Virtualização total ou completa (baseada em translação binária);
  
  • Realiza a completa abstração do sistema físico, criando um sistema virtual completo;
  • Não modifica o SO ou a aplicação;
  • Há total independência da aplicação e recursos físicos do host;
  • Facilita a migração entre servidores.
• Paravirtualização (virtualização assistida por software);
  
  • A VM enxerga uma abstração do hardware;
  • Os dispositivos são acessados pelos drivers do hypervisor;
  • Há melhora de desempenho.
  • Requer a modificação no sistema operacional convidado;
  • O sistema operacional é modificado para chamar o hypervisor sempre que executar uma instrução que possa alterar o estado do sistema;
  • As instruções de usuários podem ser executadas diretamente no processador nativo;
  • Hypercalls são as substitutas das chamadas de uma instrução sensível por um tratador de interrupção (os traps).
• Virtualização assistida por hardware
  
  • Como a paravirtualização trazia um ganho de desempenho, mas em contrapartida precisava modificar o sistema operacional da máquina virtual criada, veio a virtualização assistida por hardware, que são extensões criadas pelos próprios fabricantes de processadores, com vistas a dar suporte e melhorar o desempenho. Desse modo, a Intel e a AMD investiram em extensões na arquitetura x86. Assim, foram eliminadas as vantagens de desempenho da paravirtualização, que traziam a desvantagem da modificação do sistema operacional do hospedeiro. A Intel (IVT – Intel Virtualization Technology) e a AMD (AMD-V – AMD-Virtualization) alteraram os modos de operação do processador. O hypervisor passou a rodar em um anel abaixo do ring 0, melhorando o desempenho de servidores x86 virtualizados. O hypervisor passou a ter total controle sobre o SO.