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Faculdade de Ciências e Tecnologia

Concorrência e Paralelismo

Código

11158

Unidade Orgânica

Faculdade de Ciências e Tecnologia

Departamento

Departamento de Informática

Créditos

6.0

Professor responsável

João Manuel dos Santos Lourenço, Pedro Abílio Duarte de Medeiros

Horas semanais

4

Total de horas

56

Língua de ensino

Português

Objectivos

Esta UC pretende dar aos estudantes uma formação sólida sobre concorrência. No final da UC espera-se que estudantes compreendam os problemas relacionados com a concorrência e com a execução concorrente de programas, conheçam os mecanismos disponíveis nas linguagens de programação para especificação de programas concorrentes, saibam como desenvolver programas concorrentes corretos e eficientes fazendo uso de padrões e de técnicas de programação comuns.

Saber:

  1. Compreender os conceitos de concorrência e paralelismo, e como estes são úteis no processo de desenvolvimento de software;
  2. Identificar os modelos utilizados para resolver recorrendo a sistemas multiprocessador e de elevado paralelismo;
  3. Conhecer os paradigmas utilizados no desenvolvimento de algoritmos em sistemas multiprocessador e de elevado paralelismo;
  4. Conhecer as linguagens, bibliotecas e ferramentas utilizadas no desenvolvimento de programas concorrentes e paralelos;
  5. Estar familiarizado com problemas de concorrência comuns e como os mitigar e evitar.

Saber Fazer:

  1. Ser capaz de identificar e explorar oportunidades para para concorrência e paralelização num sistema de software;
  2. Ser capaz de particionar um problema em múltiplas tarefas para serem executadas num sistema paralelo.
  3. Ser capaz de raciocinar sobre o comportamento de sistemas concorrentes e paralelos;
  4. Ser capaz de construir sistemas concorrentes e paralelos corretos e eficientes;
  5. Ser capaz de utilizar linguagens de programação como a Java e C e bibliotecas para desenvolver sistemas de software concorrentes e paralelos;
  6. Ser capaz de utilizar ferramentas de programação no desenvolvimento de aplicações concorrentes e paralelas, incluindo as fases de desenho, implementação, depuração e instalação.
  7. Ser capaz de prever e medir as características do desempenho de sistemas paralelos.

Conteúdo

  1. Programação paralela
    O espectro dos problemas computacionais extremamente exigentes; problemas regulares e irregulares; estrateégias para a decomposição de problemas e o seu mapeamento em padrões de programação; os modelos transacional e map-reduce.
  2. Arquiteturas paralelas
    Taxonomia de Flynn; teoria do desempenho (incluindo as leis de Amdhal e Gustafson).
  3. Controlo de concorrência e sincronização
    Competição e colaboração; atomicidade; linearização; monitores, locks; semáforos; barreiras; produtor-consumidor; locks de leitura e escrita; futuros, concorrência na prática em Java e C.
  4. “Safety” e “liveness”
    “Savety” vs. “liveness”; progresso; “deadlock”; prevenção, deteção e recuperação de “deadlocks”; “livelocks”; prevenção de “livelocks”; inversão de prioridade; herança de prioridade. Algoritmos “lock-free”.
  5. O modelo transacional
    Operações compostas; transações (serialização), controlo de concorrência otimista (OCC) e memória transacioanl.
  6. Concorrência sem partilha de dados
    Objetos ativos; troca de mensagens; atores.

Bibliografia

Bibliografia principal:

  1. McCool M., Arch M., Reinders J.; Structured Parallel Programming: Patterns for Efficient Computation; Morgan Kaufmann (2012); ISBN: 978-0-12-415993-8
  2. Raynal M.; Concurrent Programming: Algorithms, Principles, and Foundations; Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2013); ISBN: 978-3-642-32026-2

Método de avaliação

A avaliação é contínua e composta por:

a1) Três testes de escolha múltipla a realizar durante o semestre (em caso de ausência ou não aprovação por testes, os estudantes poderão realizar um exame no final do semestre). A média da clasificação dos testes (com arredondamentos às centésimas) ou do exame terá um peso de 70% na classificação final.

b) Média dos 2 TPCs / projetos (arredondada às centésimas) individuais, com peso de 30% na classificação final.

c) Presença e participação ativa nas aulas teóricas e práticas poderão dar um bónus de até mais 5% na classificação final.

Nota: O exame final, quando realizado tanto para aprovação como para melhoria de nota, substitui a componente de avaliação a) no cálculo da classificação final.

Para obter frequência à UC é necessário:

— Obter uma classificação mínima de 7,50 valores em cada TPC / projecto.
— Obter uma classificação média dos dois TPCs/projetos ≥ 9,50 valores.

Nota: alunos com frquência do ano anterior podem requerer que a classificação de frequência obtida no ano anterior seja considerrada este ano e substituirá as componentes b+c.

Para obter aprovação à disciplina é necessário:

i) Ter frequência à diciplina, obtida neste ano ou no ano anterior.

ii) Que a média da compoente de avaliação a) seja superior ou igual a 9,50 valores.

iii) Que a classificação final seja superior ou igual a 9,50 valores.

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