Paralelné a distribuované systémy - ÚINF/PDS


Záverečné písomné testy budú v stredu 30. 5. a v utorok 5. 6. 2018 o 10:00 v P09 .
Posledný termín záverečného testu a preskúšania bude (po dohode) v pondelok 25. 6. 2018 o 10:00 v P12 .
Na test môžte prísť aj keď AIS nedovolí sa prihlásiť.

Otázky na ústne preskúšanie.

Odporúčaná literatúra a ďalšie zdroje informácií
Pravidlá hodnotenia

Zadania domácich úloh - séria A (doc, pdf), séria C (doc, pdf), séria D (doc, pdf),
séria E (doc, pdf), séria F (doc, pdf), séria G (doc, pdf), séria I (doc, pdf), séria J (doc, pdf).
  Prebraté a plánované témy
13.2.2018 Problémy konkurencie procesov vo viacúlohových systémoch.
Problém vzájomného vylúčenia (mutual exclusion). Riešenie s aktívnym a pasívnym čakaním.
Kritická sekcia a jej ošetrenie mutexami. Lamportov algoritmus.
Semafory a ich využitie pri riešení synchronizačných úloh.
Úlohy typu producer-consumer, readers-writers.
Synchronizácia procesov, bariéry, monitor.
Problémy uviaznutia a vyhladovania a ich riešenie.
Slajdy z prednášky.
Úlohy na precvičenie séria A (doc, pdf) - odovzdať do 20. 2. 2018, 13:30
20.2.2018 Tutoriál - Programovanie GPU - CUDA, OpenCL.
Prezentácia + Materiály k tutoriálu.
27.2.2018 Tutoriál - Programovanie GPU - CUDA - 2.časť

Paralelný výpočtový model PRAM.
Alternatívy prístupu do spoločnej pamäte (EREW, CREW, CRCW).
Časová zložitosť paralelného výpočtu v modeli PRAM.
Charakteristiky paralelného algoritmu - zrýchlenie (speedup), efektivita, cena.
Výpočet charakteristík pre problém sčítania n prvkov, škálovanie.
Slajdy z prednášky.
Joseph Jájá: An Introduction to Parallel Algorithms (1. kapitola v Intranete):
Úlohy na precvičenie séria C (doc, pdf) - odovzdať do 6. 3. 2018, 13:30
6.3.2018 Work-time zápis paralelných algoritmov. optimalita.
Paralelný algoritmus pre vyhľadávanie, nájdenie maximálneho prvku.
Zrýchlenie, efektivita a cena.
Paralelný algoritmus na výpočet prefixových súčtov.
Akcelerované kaskádovanie.
Pointer jumping a paralelný prefix v lese.
Amdahlov zákon. Gustafsonov zákon.
Slajdy z prednášky.
Joseph Jájá: An Introduction to Parallel Algorithms (1.a 2. kapitola v Intranete):
Úlohy na precvičenie séria D (doc, pdf) - odovzdať do 13. 3. 2018, 13:30
13.3.2018 Paralelné vyhľadávanie, rank, paralelné zlučovanie.
Paralelné usporiadanie pomocou paralelného zlučovania (MergeSort), optimalizácia.
Bitonické postupnosti, bitonické zlučovanie, MergeSort s bitonickým zlučovaním.
Even-odd zlučovanie, 0-1 princíp.
Slajdy z prednášky.
Joseph Jájá: An Introduction to Parallel Algorithms: 4. kapitola: Searching, merging, and sorting (v Intranete):
Úlohy na precvičenie séria E (doc, pdf) - odovzdať do 20. 3. 2018, 13:30
20.3.2018 Polsemestrálny písomný test v P03 (60 min).
Model distribuovaného výpočtu, komunikačné kanály.
Synchrónne a asynchrónne odovzdávanie správ, časová a komunikačná zložitosť.
Komunikácia v kruhovej sieti, voľba koordinátora.
Slajdy z prednášky
Materiály k štúdiu - M. Raynal: Distributed Algorithms for Message-Passing Systems (v intranete)
kapitola 4. Leader Election Algorithms
Úlohy na precvičenie séria F (doc, pdf) - odovzdať do začiatku prednášky 27. 3. 2018, 13:30
27.3.2018 Šírenie správy v stromovej sieti záplavou (flood).
Komunikácia vlnou (wave), výzva (join) a odpoveď (echo) spätnou vlnou.
Problémy komunikácie v neacyklickej sieti.
Zisťovanie topológie distribuovaným algoritmom v acyklickej a v neacyklickej sieti.
Minimálna kostra ohodnoteného grafu. Smerovacie algoritmy.
Hľadanie najkratších ciest a vzdialeností medzi vrcholmi.
Slajdy z prednášky
M. Raynal: Distributed Algorithms for Message-Passing Systems (v intranete)
kapitola 1. Network Traversal a 2. Distributed Graph Algorithms (2.1 Distributed Shortest Path)
Úlohy na precvičenie séria G (doc, pdf) - odovzdať do začiatku tutoriálu 10. 4. 2018, 13:30
10.4.2018
P03
Tutoriál MPI.
Slajdy z tutoriálu.
Pracovné texty s úlohou H na precvičenie - odovzdať do 17. 4. 2018, 13:30
Za úplné doriešenie s výpisom výsledku max. 2 body.
17.4.2018
P03
Tutoriál Apache Spark - spracovanie veľkých dát.
Slajdy z tutoriálu.
Virtuálny stroj k tutoriálu
24.4.2018
P03
Tutoriál Apache Spark - dokončenie.
Dokončenie slajdov z tutoriálu.

Synchronizácia času v distribuovaných systémoch.
Riešenie logickými a fyzickými hodinami, koordinácia, intervalový čas.
Ošetrenie vzájomného vylúčenia v distribuovanom systéme.
Slajdy z prednášky
Kapitoly z knihy M. Raynal: 7.1 Logical Time in Asynchronous Distributed Systems,
10. Permission-Based Mutual Exclusion Algorithms
Úlohy na precvičenie séria I (doc, pdf) - odovzdať do 9. 5. 2018, 13:30
9.5.2018 Možnosti detekcie a prevencie uviaznutia (wound-wait, wait-die) v distribuovanom systéme.
Aktuálny obraz systému (snapshot), detekcia ukončenia.
Tolerancia chýb v distribuovanom systéme.
Možnosti dohody (konsenzu) v nespoľahlivom prostredí.
Distribuovaný konsenzus - systém Paxos, Raft.
M. Raynal: 14 Distributed termination detection,
Slajdy z prednášky
Lamport - Paxos
Ongaro, Ousterhout - Raft
15.5.2018 Skupinová komunikácia.
Navigácia objektov, PageRank, hashing.
Sociálne a P2P siete, Chord, Pastry, Kademlia, BitTorent.
Slajdy chord

Skúste ešte posledné Úlohy na precvičenie séria J (doc, pdf) - odovzdať do 30. 5. 2018, 10:00


Odporúčaná literatúra :

M. Raynal: Concurrent Programming: Algorithms, Principles, and Foundations (prístupná v intranete)
M. Raynal: Distributed Algorithms for Message-Passing Systems (prístupná v intranete)

Joseph Jájá: An Introduction to Parallel Algorithms, Addison-Wesley Prof. Pub., 1992

A.S. Tanenbaum, M. van Steen: Distributed Systems: Principles and Paradigms, Prentice Hall, 2002
Gerard Tel: Introduction to Distributed Algorithms, CUP 2001 (Google-books)
Sukumar Ghosh: Distributed Systems and Algorithms (Second Edition), CRC Press 2014


Ďalšie zdroje na Sieti :

V. K. Garg: Elements of Distributed Computing (distrib. algoritmy v Jave)



Kritériá hodnotenia - bodované aktivity:

Celkove je možné získať spolu aspoň 140 bodov. Na absolvovanie so ziskom kreditov je potrebných aspoň 70 bodov (z čoho aspoň 10 za záverečné preskúšanie). Stupňom D budeme hodnotiť zisk aspoň 80 bodov, C aspoň 90 bodov, B aspoň 100 bodov a A aspoň 110 bodov.


Otázky na ústne preskúšanie:

*Vzájomné vylúčenie s pasívnym a aktívnym čakaním - príklady riešenia v paralelnom a distribuovanom prostredí.
*Problém uviaznutia a jeho riešenie v paralelnom a distribuovanom prostredí.
*Modely paralelných výpočtových prostredí, varianty PRAM modelu vzhľadom k prístupu k zdieľanej pamäti.
*Časová zložitosť, zrýchlenie, cena výpočtu, efektívnosť, škálovateľnosť (príklad - paralelné sčítanie).
*Work-time zápis paralelných algoritmov, čas výpočtu, práca, optimalita (príklad - hľadanie minima).
*Paralelný algoritmus pre výpočet prefixových súčtov - odhad zložitosti, zrýchlenia, optimálnosť, nerekurzívny prístup.
*Amdahlov a Gustafsonov zákon pre odhad reálnej časovej zložitosti výsledku paralelizácie.
*Paralelný ranking, zlučovanie usporiadaných postupností v logaritmickom čase.
*Bitonické postupnosti, bitonické triedenie a použitie pre usporiadanie ľubovoľnej postupnosti.
*Even-odd triedenie, 0-1 princíp a jeho využitie pre dôkaz správnosti algoritmu.
*Paralelné hľadanie koreňov v lese v logaritmickom čase.

*Model distribuovaného výpočtu, synchrónne a asynchrónne odovzdávanie správ, časová a komunikačná zložitosť.
*Šírenie správ v sieti algoritmom záplavy (príkad - hľadanie koordinátora).
*Hľadanie koordinátora v kruhovej (jednosmernej) sieti. Časová a komunikačná zložitosť.
*Algoritmy vlny, prehľadávanie do šírky v acyklickej a v neacyklickej sieti (príklad).
*Zisťovanie najkratšej cesty ku koordinátorovi pre vážené prepojenia.
*Intervalové a prefixové smerovanie - základné algoritmické princípy.
*Synchronizácia času v distribuovaných systémoch, riešenie logickými a fyzickými hodinami.
*Vytvorenie konzistentnej snímky systému (Chandy-Lamport).
*Detekcia ukončenia (Dijkstra-Scholten).
*Problém dosiahnutia zhody (konsenzu) v synchrónnych systémoch s fatálnymi a byzantínskymi chybami.
*Efektívne vyhľadávanie v distribuovanej sieti.
(riešenie problému vzájomného vylúčenia a uviaznutia v distribuovanom systéme je už zahrnutá v iných otázkach).