Programação Paralela e Distribuida Em Java

7/25/2019 Programao Paralela e Distribuida Em Java

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PIPCA/UNISINOS 1/111ERI 2003 - Java como Ferramenta para Programao Paralela e Distribuda

Java como Ferramenta para

Programao Paralela e Distribuda

Marinho Pilla BarcellosCristiano Andr da Costa

PIPCA - Mestrado em Computao AplicadaCentro de Cincias Exatas e Tecnolgicas UNISINOS

So Leopoldo/RS


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Desafios do Curso: conceitos

Programao Paralela e Distribuda

Processamento Paralelo

Processamento de Alto Desempenho (PAD)

Sistemas Distribudos

Noes, mais que definies.


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Desafios do Curso: escopo multi-disciplinar

Programao Orientada a Objetos

Programao Concorrente

Linguagem Java

Redes de Computadores

Processamento de Alto Desempenho

Sistemas Distribudos

(Simulao)


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Objetivos do Curso

Contexto: Javacomo Ferramenta para ProgramaoParalela e Distribuda

Descrever as facilidades relevantes em Java: threads,sincronizao, sockets, RMI

Abordar Java para Processamento de Alto Desempenho

Abordar Java para programao distribuda

Mostrar (simulao de) algoritmos distribudos em Java

Discutir algumas tendncias


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Sumrio: metodologia

I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao

IV. Comunicao em Rede com Sockets

V. Java RMIVI. Java e Processamento de Alto Desempenho

VII. Java e Programao Distribuda

VIII. Simulao de Algoritmos Distribudos em Java

IX. Tendncias

X. Concluses Finais


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Linguagem Java: introduo

Histrico

Sun, 1995

rpida popularizao

Elementos:

Linguagem- especificaoAPI- Application Program Interface

JVM- Java Virtual Machine

Edies SunJava 2Enterprise Edition (J2EE)

Java 2 Standard Edition (J2SE)

Java 2 Micro Edition (J2ME)


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Java da Sun:

Java 2 Enterprise Edition(J2EE)Tecnologia Java XML APIs necessrias aodesenvolvimento de servios Web:

The Java API for XML Processing(JAXP)

Soap with Attachments API for Java(SAAJ)

The Java API for XML-based RPC(JAX-RPC)

The Java API for XML Registries(JAXR)Tecnologias Web: usadas no desenvolvimento deaplicaes Web orientadas apresentao:

Java ServletsJavaServer Pages

Java Message Service

Enterprise Bean Technology


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Java da Sun:

Java 2 Enterprise Edition (J2EE

)J2EE baseada em um modelo de componentes, quebusca simplificar o desenvolvimento e implantao de

aplicativos corporativos em rede, e para ambientesheterogneos (software e hardware)

Reuso de software (via componentes)

A arquitetura de componentes JavaBeans independente de plataforma

Plataforma J2EE gerencia infra-estrutura e suporta

servios web para permitir o desenvolvimento deaplicaes seguras, robustas e interoperveis (Sun)

http://java.sun.com/products/javabeans/


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Java da Sun:Java 2 Standard Edition

(J2SE

)J2SE oferece os elementos essenciais: compilador,ferramentas, ambiente de execuo (runtime) e APIs

para escrever, implantar e rodar aplicaes e appletsusando Java

Atualmente, est disponvel a plataforma Java 2

Standard Edition (J2SE) 1.4.2 BetaO que promete o fornecedor:

Version 1.4.2 Beta builds upon Java technology's cross-

platform support and robust security model with new featuresand functionality, enhanced performance and scalability, andimproved reliability and serviceability.


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Java da Sun:Java 2 Micro Edition

(J2ME

)Um ambiente de execuo Java otimizado paradispositivos que variam de um minsculo smart cardat

um set-top box


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Java da Sun:Java Naming and Directory Interface (JNDI)

JNDI parte do Java 2 SDK 1.3+

API oferece a aplicaes funcionalidade de nomeao ediretrio

Independncia de implementao de servio dediretrio especfico (forma cannica de acesso)

Java 2 SDK v1.3 inclui servios de diretrios para:

LDAP: Lightweight Directory Access Protocol

CORBA/COS: Common Object Request Broker ArchitectureCommon Object Services name service

RMI: Java Remote Method Invocation Registry


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Java da Sun:Java Naming and Directory Interface (JNDI)


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Java da Sun:The Java Community Process(JCP)

o frum utilizado para dirigir os rumos do Java

Seu papel desenvolver e revisar as especificaes detecnologias de Java, implementaes de referncia, ekits de compatibilizao

Criado pela Sun Microsystems, evoluo do processoinformal que foi estabelecido no incio de Java uma organizao aberta, composta dedesenvolvedores Java e licencirios

participao no JCP aberta a qualquer um

procedimentos do JCP regulamentam e burocratizam


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The Java Community Process(JCP):os 4 passos principais

Iniciao: especificao iniciada pelos membros dacomunidade e aprovada para desenvolvimento pelo

Comit ExecutivoDraftda Comunidade: grupo de experts formado paradesenvolver um primeiro draftda especificao que

comunidade revisa e ento submetido ao ComitEspecificao completa, draftpblico e final:

Manuteno: a especificao completa, implementao

de referncia, e kit de compatibilidade tecnolgica soatualizados em resposta a requisies, e o Comitdecide quais podem ser executadas logo e quais devem

ser revisadas por um grupo de experts


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The Java Community Process(JCP):os 4 passos principais


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The Java Community Process(JCP):Java Specification Requests(JSRs)

Java Specification Requestsou JSRs so as descriesreais das especificaes propostas e finais para a

plataforma JavaSo como RFCs

Existe uma gama de JSRs em desenvolvimento, reviso

e aprovao pela comunidade, sob tutela do JCP (doComit Executivo)

Vide http://jcp.org/en/jsr


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Java: caractersticas da plataforma

Linguagem orientada a objetos

Linguagem sem apontadores, apenas referncias

Sem dealocao de objetos (coletor de lixo)

Arquitetura para tratamento de excees

Suporte programao concorrente

Suporte a aplicaes na Internet

Internacionalizao

Frameworkde colees(conjuntos, listas, mapas...)

Interface grfica


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Java: mecanismos relevantes programaoparalela/distribuda

Threads

Sincronizao

Sockets

RMI - Remote Method Invocation


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Sumrio

I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao


V. Java RMI

VI. Java e Processamento de Alto Desempenho



IX. Tendncias

X. Concluses Finais


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Threads: justificativa

Simplificam programao quando h tarefasindependentes

E/S no bloqueante:

em outras linguagens e sistemas, a execuo de operaesde E/S no bloqueantes pode ser por (a) multiplexao

(chamada select), (b) polling, ou (c) sinaisem Java, devem ocorrer via threads

Execuo de evento assncrono em um tempo futuro:

em Java no h programao de alarmes e temporizadores

deve-se usar uma thread que dorme o tempo necessrio

Execuo de algoritmos paralelos em multi-

processadores


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Threads: em Java

Em Java, threads fazem parte da linguagem

Implementao das threads (pela JVM) pode ser

green threads

native threads

Modelo de threads x desempenhoCriao de threads pode ser por...

herana (extends Thread)

interface (imlements Runnable)


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Threads: criao por herana

Classe de usurio que representa a thread herda daclasse Thread

Mtodostart()deve ser invocado sobre umainstncia da classe de usurio, para ativao da thread

Leva execuo do mtodo run(), da classe dousurio, que deve implementar este mtodo


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Threads: criao por interface

Interface Runnable, que contm mtodo run(), estendida pela classe de usurio que rodar a thread

Isto declara que os objetos dessa classe soexecutveis

Ento cria-se uma thread (instncia de Thread)

passando-se como argumento a referncia a tal objetoexecutvel

Inicia a thread criada com start()

Possui a vantagem de permitir a herana de outraclasse, que no Thread


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Threads: exemplos de mtodos

t.isAlive()thread t est viva?

t.join([ms])espera pela morte da thread t [no mximo ms milliseg]

t.interrupt()interrompe uma thread t em sleep, join ou wait (+tarde)

static boolean interrupted()verifica se a thread corrente foi interrompida

t.isInterrupted()

verifica se a thread t foi interrompidastatic sleep(ms)faz thread corrente dormir por um intervalo de tempo


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Threads: outros

Threads podem criar variveis locais (ThreadLocal)

Escalonamento de threads por prioridade preemptiva

prioridades (MAX_PRIORITY, MIN_PRIORITY)

escalonador preempta thread de menor prioridade

escalonamento de threads de igual prioridade em aberto(cooperativo ou preemptivo)

Novidades na JDK1.4 (java.util): classes TimereTimerTask, usadas para programar callouts


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Sumrio

I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao





IX. Tendncias

X. Concluses Finais


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Sincronizao: condies de corrida

class LigaVerifica {

private int a = 0; private long b = 0;

void liga() { a = 1;

b = -1; } boolean verifica() { // deve retornar sempre true, pois // ou a=0 e b=0 ou ento a=1 e b=-1 // a = 1 e b = 0 nunca ocorre, retornaria falso

return ((a == 0) ||(b == -1 && a == 1));

}}


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Sincronizao: condies de corrida

class LigaVerifica { private int a = 0;

private long b = 0;

void liga() { a = 1; // se perde CPU aqui?

try { Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException ie) { }b = -1;

} boolean verifica() { // nem sempre retornar true, pois

// a = 1 e b = 0 pode ocorrer return ((a == 0) ||

(b == -1 && a == 1)); }}


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Sincronizao em Java

Cada thread pode modificar valores na memriaindependentemente das demais

Operaes de alterao de variveis so atmicasapenas para tipos nativos (e exceto long/double)

Necessidade de sincronizao no acesso a dados

compartilhados entre as threads

Sincronizao est baseada em monitorese variveiscondicionais

Na classe Object, existe um lock, e synchronizedpode modificar um mtodo para que tenha que adquiriro lock antes de executar, e o libere aps


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Sincronizao: exemplo synchronized

class LigaVerifica { private int a = 0; private long b = 0;

synchronizedvoid liga() { a = 1;

try { Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException ie) { }b = -1;

} synchronizedboolean verifica() {

return ((a == 0) ||(b == -1 && a == 1)); }}


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Sincronizao com wait/notify

E quando uma thread precisa esperar por uma outracondio (p.ex., varivel se torne verdadeira)?

Par wait/notify evita um polling peridico do valor deuma varivel

Com wait(),thread abdica do lock e bloqueia

Espera uma notificao de outra thread, quando tentaento readquirir o lock

Thread acordada com obj.notify(),obj.notifyAll()ou t.interrupt() (excesso)


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Sincronizao com wait/notify: mtodos

Object - wait()

bloqueia a thread corrente no monitor do objeto at que

uma outra thread faa uma notificao

Object - notify()

acorda uma thread que esteja bloqueada no monitordesse objeto

Object - notifyAll()

acorda todas threads que estejam bloqueadas nomonitor desse objeto


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Sincronizao com wait/notify: exemplo

public class MantemInteiroSincronizado { int compart = -1; boolean podeEscrever = true; public synchronized voidproduzInt(int val) { while (!podeEscrever){ // no a vez do produtor

try { wait(); } catch (InterruptedException ie) { ... } } compart = val; podeEscrever = false;

notify(); } public synchronized int consomeInt() { while (podeEscrever){ // no vez do consumidor try { wait(); } catch (InterruptedException ie) { ... }

} podeEscrever = true; notify(); return compart; // ok ser aps notify...}}

[DEITEL00]


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Sumrio

I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao





IX. Tendncias

X. Concluses Finais


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Comunicao em Rede

Objetivos

envio de dados entre threads executando em

computadores diferentes

Premissas

camada de transporte subjacente

Internet

Pacote java.net


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Comunicao via Sockets

Sockets uma API que estende interface de arquivos

Em Java

Sockets = orientao a objetos + E/S Streams

Elementos:

Classes

Streams

Filtros

Melhor suporte a heterogeneidadeserializao de objetos

cdigos de caracteres (unicode)


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Comunicao via Sockets

Troca de dados entre dois pontos de comunicao

Ponto = um par endereo IP e porta

Comunicao TCP x UDP

Confiabilidade x desempenho na transmisso de dados


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Comunicao via Sockets com TCP

Modelo Cliente/Servidor

um lado(cliente) contacta outro lado (servidor)

servidor deve estar esperando pelo cliente

frequentemente implica relao cliente/servidor em termos deprocessamento

combinao tpica: sockets TCP com threads no servidor

Dois tipos de classes de Socket: cliente e servidor

classe embute diversas operaes, mais alto-nvel

class Socket

class ServerSocket

C S C


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Comunicao via Sockets com TCP

Servidor

ServerSocket(int port)

cria socket e amarra (bind) com portaSocket accept()

bloqueia esperando por conexo, retorna socket da novaconexo estabelecida

Cliente

Socket(InetAddress a, int port)

cria socket, amarra com IP/porta e solicita conexo

Socket(String nome_host, int port)idem

E l S k TCP (1/2) Ti S


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Exemplo Sockets com TCP (1/2): TimeServer

[Herald xxx]

E l S k t TCP (2/2) Ti Cli t


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Exemplo Sockets com TCP (2/2): TimeClient

[Herald xxx]

Exemplo Sockets com TCP:


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Exemplo Sockets com TCP:DayTimeServer

[Herald xxx]

Uso de OutputStreamWriter

Exemplo Sockets com TCP:


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e p o Soc ets co CEchoClient

[Herald xxx]

Uso de InputStreamReader

Comunicao via Sockets com UDP


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Comunicao com UDP

sem confiabilidade, porm menor sobrecarga

sem controle de congestionamento

No h distino entre cliente e servidor

Classe socket (class DatagramSocket)

Classe pacote...

DatagramPacket()Mesmo construtor usado para criar datagrama a enviare para criar rea na hora de receber



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connect(InetAddress a, int port)

conecta (fixa) o socket a um endereo e porta

send(DatagramPacket p)envia datagrama para destinatrio informado nodatagrama (ou para o destino 'fixado' se existe um)

receive(DatagramPacket p)recebe datagrama de um origem qualquer

close()

fecha o socket

Exemplo Sockets com UDP:


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po trivial envio de uma datagrama

[DEITEL00]

$ java DatagramExampleThis packet is addressed to

metalab.unc.edu/152.2.210.81 on port 7

There are 15 bytes of data in the packet

This is a test.

Exemplo Sockets com UDP (1/5):


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p ( )ReceiverThreadem UDPEchoClient



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SenderThreadem UDPEchoClient



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UDPEchoClient



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UDPServer



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UDPEchoServer

Exemplo Sockets com UDP (1/2):i l i (M l i S d )


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transmissor multicast (MulticastSender)

Exemplo Sockets com UDP (2/2):t lti t (M lti tS iff )


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receptor multicast (MulticastSniffer)

Sumrio


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Sumrio

I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao


V. Java RMI



VIII. Simulao de Algoritmos Distribudos em JavaIX. Tendncias

X. Concluses Finais

Java RMI(R t M th d I ti )


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(Remote Method Invocation)

Similar RPC (Remote Procedure Call), pormorientada a objetos

RMI permite invocar mtodos de objetos remotosusando a mesma sintaxe da invocao local

Uso de objetos remotos no exatamente igual ao

acesso local (no transparente)Pacote java.rmi

Java RMI(Remote Method In ocation)


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(Remote Method Invocation)

Permite a programador criar aplicaes onde mtodosde objetos remotos podem ser invocados de outras

JVMs, potencialmente em diferentes mquinasUm programa Java pode fazer uma chamada sobre umobjeto remoto aps obter a referncia ao objeto remoto

Referncia pode ser obtida ou olhando no servio denomes oferecido pelo RMI ou recebendo a refernciacomo um argumento ou valor de retorno

Cliente pode fazer chamada sobre objeto remoto em umservidor (este pode ser cliente de outros objetos)

RMI usa serializao de objetospara codificar e

decodificar parmetros, e no trunca tipos

Java RMI


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Stubs e esqueletos (gerados pela ferramenta rmic)

Objeto que faz invocao remota deve lidar com

diferentes excees (RemoteExceptions)Interface remota define quais mtodos podem serinvocados por clientes remotos

Definida ao estender a interface Remote

Mtodos devem gerar a exceo RemoteException

Tanto objetos locais como remotos podem aparecercomo argumentos e resultados na interface remota

Java RMI:passagem de parmetros


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passagem de parmetros

Parmetros de mtodos: todos so de entrada

Resultado do mtodo: nico parmetro de sada

H trs casos:

tipos primitivospassados por valor

objetos que implementam Remote: sempre passada comouma referncia remota(pode ser usada para fazer chamadasRMI no objeto a que refere)

objetos que no implementam Remote: so copiados e

passados por valor - serializaopara transmitir parmetros eresultados

Java RMI:RMIregistry


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RMIregistry

Deve executar em cada mquina que tenha objetosremotos

Mantm tabela de mapeamento que transforma nomesno estilo URL para referncias a objetos naquelecomputador

Nomes de objetos://nomeDoComputador:porta/nomeDoObjeto

Java RMI


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Programao do servidor

deve conter um mtodo main()que cria uma instncia de um

objeto e associa (Naming.rebind()) ao RMIregistryo valor associado ao nome uma referncia remotaao objetoe seu tipo o da interface remota

Programao do clienteprocura pelo objeto remoto para obter sua referncia(Naming.lookup())

uma vez obtida a referncia, o cliente envia as invocaesremotas ao objeto

Exemplo com Java RMI (1/5):quadro branco compartilhado


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quadro branco compartilhado

Quadro branco compartilhado:

programa distribudo que permite a um grupo de usurios

compartilhar uma viso de um desenho contendo objetosgrficos como retngulos, linhas e crculos

Servidor mantm o estado atual. Principais mtodos:

newShape: mtodo que permite a um cliente informar sobreos desenhos feitos pelo seu usurio

allShapes: permite um cliente receber todos os desenhosfeitos por outros usurios

getVersion: retorna a verso atual; a verso incrementadacada vez que um novo desenho chega no servidor

[COULOURIS01]

Exemplo com Java RMI (2/5):interfaces remotas do quadro branco


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package examples.RMIShape;import java.rmi.*;

import java.util.Vector;

public interface Shapeextends Remote { int getVersion() throws RemoteException; GraphicalObject getAllState() throws RemoteException;

}

public interface ShapeListextends Remote { Shape newShape(GraphicalObject g) throws

RemoteException;

Vector allShapes()throws RemoteException; int getVersion() throws RemoteException; }}

interfaces remotas do quadro branco

Exemplo com Java RMI (3/5): servidor commtodo principal do quadro branco


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mtodo principal do quadro branco

package examples.RMIShape;import java.rmi.*;//import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;

public class ShapeListServer{ public static void main(String args[]){ System.setSecurityManager(newRMISecurityManager()); System.out.println("Main OK");

try{ ShapeListaShapelist = new ShapeListServant(); System.out.println("After create"); Naming.rebind("ShapeList", aShapelist);

System.out.println("ShapeList server ready");

}catch(Exception e) { System.out.println("ShapeList server main " + e.getMessage()); } }

}

Exemplo com Java RMI (4/5): classe doservidor que implementa ShapeList


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servidor que implementa ShapeList

package examples.RMIShape;import java.rmi.*;import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;import java.util.Vector;

public class ShapeListServantextends UnicastRemoteObject implements ShapeList{ private Vector theList; private int version; public ShapeListServant()throws RemoteException{ theList = new Vector(); version = 0; } public Shape newShape(GraphicalObject g) throws

RemoteException{ version++; Shape s = new ShapeServant(g, version); theList.addElement(s);

return s; } public Vector allShapes()throws RemoteException{ return theList; } public int getVersion() throws RemoteException{ return version; }

}

Exemplo com Java RMI (5/5):classe no cliente para acessar quadro branco


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classe no cliente para acessar quadro branco

public class ShapeListClient{ public static void main(String args[]){

System.setSecurityManager(new RMISecurityManager()); ShapeListaShapeList = null; try{ aShapeList = (ShapeList) Naming.lookup("//any/ShapeList");

System.out.println("Found server"); Vector sList = aShapeList.allShapes(); }catch (RemoteException e) { System.out.println("allShapes: " + e.getMessage()); }catch (Exception e) {

System.out.println("Lookup: " + e.getMessage()); }}

Sumrio


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I. Linguagem Java

II. Threads

III. Sincronizao


V. Java RMI




X. Concluses Finais

O Desempenho de Java: ruim


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Percepo geral que Java possui baixo desempenho(interpretada e demanda muita memria)

Custo de ser projetada com independncia deplataformaem mente

Fontes de ineficincia:

interpretao de bytecodes

gerncia de memria baseada em coleta de lixo

caracteres Unicode

Vantagens de Java so suficientes para fazer-nosreinventar tudo de novo?

CACM Oct. 2001 - High Performance Java

O Desempenho de Java: avanos


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Fraco desempenho uma limitao da implementaoda linguagem

Evoluo das verses da plataforma JavaAvanos recentes:

compilao mais eficiente

compilao just-in-time

compilao ahead-of-time

Otimizao em tempo de execuo, com profilingdinmico do cdigo sendo executado

O Desempenho de Java: avanos


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O fornecedor diz que...

a verso 1.4 da J2SE apresenta um aumento de 58% sobre a

verso J2SE 1.3.1 com SPECjbb2000 Java BusinessBenchmark em um sistema cliente/servidor de trs camadas(Sun Microsystems)

houve melhorias dramticas nas aplicaes cliente com

JFC/Swing: 20 a 80% de ganho sobre a verso 1.3.1(http://java.sun.com/j2se/1.4/datasheet.1_4.html)

O Desempenho de Java: GCJ


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GCJ (The GNU Compiler for the Java ProgrammingLanguage) um compilador portvel, otimizador,ahead-of-timepara a linguagem de programao Java

Pode compilar:

cdigo fonte Java para cdigo de mquina nativo

bytecode (arquivos .class) para cdigo de mquina nativoAplicativos compilados so ligados com o suporte deexecuo GCJ, libgcj, que oferece as bibliotecas de

classes bsicas, um coletor de lixo e um interpretadorde bytecode

A libgcj pode dinamicamente carregar e interpretar

arquivos do tipo .class

O Desempenho de Java: GCJ


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A maioria das APIs especificadas por Java 2 sosuportadas pelo GCJ, incluindo colees, ligao emrede, reflexo e serializao

AWT no atualmente suportada

Depurao suportada atravs de verses recentes do

GNU debugger, GDBMaiores informaes: http://gcc.gnu.org/java/

Java em PAD: JavaGrande Forum


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Representa os interesses da comunidade PAD juntoaos desenvolvedores de Java

http://www.javagrande.orgObjetivos:

avaliar e melhorar a usabilidade do ambiente Java em

aplicaes grandiosas (grandes desafios computacionais)unir a comunidade Java Grande para promover consensosobre requisitos

cirar prottipos de implementaes, benchmarks, etc. paratornar Java mais adequada s aplicaes grandiosas

Java em PAD: limitaes de Java


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Falta de arrays multi-dimensionais com formato regular,fixo:

implementado como um array de arrays, onde cada arraypode ter um tamanho

Verificao de excees

ponteiros nulos ou acessos a elementos com ndices fora doarray

alm disso, semntica impossibilita otimizao

Suporte para nmeros complexos e outros sistemasaritmticos

dados no primitivos so objetos, ao invs de tipos primitivosde baixo custo [Moreira01]

Java em PAD: projetos de pesquisa


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Como superar as limitaes?

Projetos de Pesquisa na rea

Ninja - Numerically INtensive JAva programmingexpanso semntica: tcnica em que o compilador procura porinvocaes de mtodos e as troca por cdigo eficiente.

novas classes de arrays e nmeros complexos so criadascom intuito de criar regies livres do risco de exceo, sobreas quais o compilador pode ento executar as otimizaestradicionais, reorganizando o cdigo.

Java otimizado obteve desempenho bastante prximo ao deFortran em muitos casos (mas sempre inferior)



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Hyperion

Baseado em uma mquina virtual distribuda que permite o

compartilhamento de objetos entre threads distribudas em umagregado

Esconde a existncia dos mltiplos processadores

Comunicao entre threads se d atravs do

compartilhamento de um espao comum deendereamento

3 compilaes: primeiro compila executveis no formatoclass (bytecodes) para C, e ento de C para o formato nativoda arquitetura alvo



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Mantra

se baseia na utilizao de uma reimplementao mais

eficiente de RMI no acesso a objetos remotosbasicamente mantm modelo de programao Java

emprega um compilador Java que previamente (ahead of time)compila cdigo Java em formato binrio nativo da arquitetura

Sumrio


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I. Linguagem Java

II. Threads

III. SincronizaoIV. Comunicao em Rede com Sockets

V. Java RMI




X. Concluses Finais

Java e Programao Distribuda


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Apesar de seu uso em rede, Java apresenta limitaesno suporte programao distribuda:

RMI possui duas semnticas diferentes para chamadas demtodos: a forma de construir objetos remotos no a mesmade objetos convencionais

transformar objetos em objetos remotos requer uma grande

modificao do cdigo existente por parte do programadorJava no suporta mobilidade de objetos

mecanismos de comunicao de Java insuficientes para a

programao distribuda:comunicaes explcitas atravs de sockets so muito baixo nvel

RMI extremamente restritivo e pesado

Java e Programao Distribuda:projetos de pesquisa


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Diversos projetos atacam essas limitaes

JavaParty

introduz um novo modificador de classes remote que permitemarcar as classes que podero ser executadas remotamente

um pr-processador transforma programas com o modificadorintroduzido em programas Java puro utilizando RMI paracomunicao com objetos alocados remotamente

o programador no precisa mapear objetos remotos a nodosde rede: um ambiente de execuo em conjunto com o pr-

processador tratam da distribuio dos objetosexistem duas verses do JavaParty: uma que utiliza omecanismo tradicional de RMI presente no JDK, outra queutiliza o KaRMI que uma reimplenetao de RMI mais rpida



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ProActive PDC

biblioteca 100% Java puro, que prov objetos remotostransparentes, chamadas assncronas e mecanismos desincronizao de alto nvel

transparncia de localidade alcanada atravs do uso demecanismos de proxy, no qual um objeto local encapsula

todos os detalhes de comunicaochamadas assncronas so implementadas segundo princpiowait-by-necessity: objetos retornam objetos futuros que agemcomo locais de armazenamento para o resultado de um

mtodo chamado mas ainda no completado (execuo podecontinuar desde que no seja necessria a camada demtodos no objeto retornado, caso em que faria a chamadabloquear at o resultado ficar disponvel)



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Javab e Javar

ferramentas para a deteco automtica e explorao deparalelismo implcito de laos em Java

Javab trabalha em nvel de bytecode

Javar um compilador reestruturador que transforma cdigojava seqencial em cdigo Java paralelo

explorao do paralelismo feita atravs do uso domecanismo de threads j existente na linguagem Java



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Horb

um Java ORB (Object Request Broker)

a idia do projeto criar uma verso de Java distribuda quepermita a execuo de programas em ambientes distribudossem alterar a semntica de Java, permitindo interoperabilidadee portabilidade de programas e do prprio Horb entre

diferentes arquiteturas constitudo de um compilador e um ambiente de execuo,ambos escritos em Java puro

utiliza o mecanismo de proxy para permitir que um objetoinvoque mtodos remotos



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JPVM

biblioteca que permite a troca de mensagens explcitas para odesenvolvimento de aplicaes paralelas em Java

a interface suportada semelhante suportada pela bibliotecaParallel Virtual Machine (PVM) para as linguagens C e Fortran

MPJ

a idia do projeto suportar MPI (Message Passing Interface)em Java

MPI uma biblioteca para programao distribuda e paralela,

assim como PVM

Sumrio


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I. Linguagem Java

II. Threads


V. Java RMI




X. Concluses Finais

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:Algoritmos Distribudos


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Algoritmos distribudos so o alicerce de sistemasdistribudos

Exemplos de tipos de algoritmos:eleio de um lder (anel, anel bi-direcional, arbitrria)

determinao de rvore de menor caminho (abritrria sem

peso, com peso)determinao de rvore de menor custo (abritrria com peso)

conjunto independente mnimo (rede arbitrria sem peso)

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:metodologia tpica para simulao


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Especificao do protocolo/algoritmo

Implementao do protocolo em Java no Simmcast

Definio de cenrios (topologia e outros parmetros)

Execuo de experimentos com cenrios, variandosementes

Coleta das informaes de sada e anlise dosresultados

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:exemplo de topologia


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70

60

50

30

10

8030

20

40N10 N20 N50 N40

N70

N90

N80

N30

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:framework de simulao Simmcast


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Framework orientado a objetos para simulao deprotocolos e sistemas distrobudos em Java

Centrado no processo de prototipao edesenvolvimento de protocolos

Permite descrio de modelos de simulao usando

multi-threadingModelo genrico, modular e extensvel

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:framework de simulao Simmcast


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Elementos bsicos necessrios para representar asimulao de uma rede no Simmcast:

N - classe NodeThread - classe NodeThread

Caminho - classe Path

Grupo - classe GroupRede - classe Network

Pacote - classe Packet

Stream - subclasses de RandomStream

Aprenda Simmcast em 5 slidesSlide 1: Defina nodos


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Cada entidade na simulao ser representada por um nodo: o seucomportamento ser ditado pelas threads que este contiver

No incio da simulao, o mtodo begin()de cada nodo chamado:

neste mtodo, crie suas threads e dispare-as chamando launch()

public class ExemploNode extends Node {

// atributos compartilhados por todas as threads do nodo int umAtributo; // setters pblicos acessveis pelo arquivo de configurao public void setUmAtributo(int valor_) { umAtributo = valor_; } // Crie threads e as dispare public void begin() {

ExemploThread umaThread = new ExemploThread(this); umaThread.launch(); }}

Aprenda Simmcast em 5 slidesSlide 2: Defina threads


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Suas threads iro conter o comportamento dos nodos (a lgica doprotocolo): redefina o mtodo execute()para que ele contenha o

cdigo a executar (como o run()da Thread de Java)

Em Java, construtores no so herdados por default: redefina oconstrutor de NodeThreade chame o super.

public class ExemploThread extends NodeThread {

ExemploNode nodo;

// alimente o construtor do Simmcast e salve um handle do nodo

public ExemploThread(Node nodo_) {

super(nodo_);

nodo = (ExemploNode)nodo_;

}

public void execute() { // adicione aqui sua logica

}

}

Aprenda Simmcast em 5 slidesSlide 3: Defina redee main


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Defina uma classe redepara armazenar definies globais da simulao

Na classe principal, faa trs coisas: (a) crie um objeto rede, (b) dispare

a simulao com execute(), (c) tranque a execuo da thread principal

durante a simulao

public class ExemploNetwork extends Network { // um tipo de pacote public static PacketType EXEMPLO_TYPE = new PacketType();

}

public class Teste {

public static void main(String S[]) { ExemploNetwork rede = new ExemploNetwork();

if (S.length < 1) System.err.println("Passe um parmetro!"); rede.execute(S[1]); try { rede.join();

} catch (Exception e) { System.out.println(e); } }

}

Aprenda Simmcast em 5 slidesSlide 4: Prepare o arquivo de configurao


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# Parmetros em macro para maior convenincia

macro !RECEPTORES "10"# Criando ns...new S ExemploNodenew R[1..!RECEPTORES] OutroTipoDeNode# Definindo um grupo multicast...new G simmcast.group.GroupG join R[1..!RECEPTORES]# Definindo atributos do usurioS setUmAtributo 12345# Definindo links com buffer=10, banda=1000, taxa de perda 1%# e delay descrito por uma distribuio normal

# Caminhos so unidirecionais, portanto, para descrever links# bidirecionais, use pares de caminhos.new umaNormal arjuna.JavaSim.Distributions.NormalStream 50 10S addPath R[1..!RECEPTORES] 10 1000 umaNormal 0.01R[1..!RECEPTORES] addPath S 10 1000 umaNormal 0.01

No arquivo de configurao, crie os ns e suas conexes e passeparmetros para seus objetos

Aprenda Simmcast em 5 slidesSlide 5: Rodando!


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Finalmente, compile tudo e rode a classe principal com o arquivo desimulao:

$ java Teste exemplo.sim

Simulao de Algoritmos Distribudos em Java:framework de simulao Simmcast exemplo

Cdi f


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Cdigo fonte

Compilao

$ ./compile.sh

Execuo de simulao

$ ./run_simulation.sh exampleusing-nam.sim

$ more out

Visualizao grfica animada (nam)

Diagrama de tempo (Viewcast)

Sumrio

Li J


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I. Linguagem Java

II. Threads


V. Java RMI




X. Concluses Finais

Java e Wireless(Tecnologia para Telefones Celulares)

JSR 185 (d i d J T h l f th Wi l


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JSR 185 (denominada Java Technology for the WirelessIndustry JTWI), especifica uma plataforma baseadaem MIDP 2.0 (Mobile Information Device Profile),

Wireless Messaging Architecture, e Mobile Media API

MIDP 2.0

possui algumas excelentes facilidades para redes, incluindo acapacidade de receber conexes

inclui uma API de jogos para jogos 2D

Projeto de jogos multi-participante: evoluo lgica com

MIDP so os jogos multi-participantes

Java e Wireless(Technology for Mobile Phones)

Jini Net ork Technolog e Ja aSpaces Technolog


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Jini Network Technology e JavaSpaces Technology

com a popularizao da tecnologia Bluetooth, dispositivosnecessitam de uma tecnologia para permitir a descoberta de

outros dispositivos e a cooperao entre eles

Implementao de um Java Centric Operating SystemSavaJe OS (http://www.savaje.com/)

SavaJe OS

SavaJe OS oferece uma plataforma nativa Java para


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SavaJe OS oferece uma plataforma nativa Java paraaplicativos wireless

A plataforma SavaJe auto-suficiente e no demandaoutro kernel ou sistema operacional

Mdulo de interface permite a customizao dainterface de usurio de um telefone celular com temas,servios e aplicaes

Trabalho corrente para implantar SavaJe em uma gamade dispositivos portteis

SavaJe OS

SavaJe OS um sistema operacional e plataforma de


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SavaJe OS um sistema operacional e plataforma deaplicativos para SmartPhones e dispositivos sem-fio

Objetivos chave de projeto da plataforma so:plataforma aberta e universal para telefones inteligentes

plataforma aperfeioada para rodar aplicativos Java

oferecer segurana completa para aplicativos residentes,distribudos e carregados da rede

habilitar uma interface de usurio rica e customizvel,permitindo a configurao para colocao de uma marca ou

provedor

A plataforma SavaJe consiste de suas camadas: ocore (ncleo) e a customizable user experience

SavaJe OS(The Core)

O core um kernel otimizado para a arquitetura ARM


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O core um kernel otimizado para a arquitetura ARM,que oferece drivers de dispositivos, codes de mdia,JVM e suporte de execuo

O sistema SavaJe OS 2.0 suporta as seguintes APIs doJava:

Personal Profile

Java 2 Platform Micro Edition (J2ME) Mobile InformationDevice Profile (MIDP)

APIs adicionais do Java incluiro suporte para

comunicao serial, o Java Network Launch Protocol(JNLP), comunicao em rede e multimdia

SavaJe OS(The User Experience Layer)

Interface grfica de usurio - projetada para uma


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Interface grfica de usurio - projetada para umaconfigurao de um dispositivo SmartPhone, um displaycolorido de 220 por 176, entrada por um keypad, joystick, e

sem uma touch screenInterface orientada a lista: menus mostrados como listas decones e texto, e sons podem ser customizados via temas

Aplicativos - conjunto de aplicativos oferecido, incluindo:

navegador completo HTML/WAP 1.2.1 (SSL, HTML, Applets, JavaScript, WML, XHTML)

Messaging (POP3 E-mail, SMS, MMS)

PIM (contatos, agenda, tarefas, notas)

Multimdia (MP3, MPEG4)

Jogos 3D avanados, jogos MIDP e aplicativos

visualizao de documentos MS

SavaJe OS Arquitetura


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SavaJe OS Desempenho


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Mltiplicas camadas trazdiversos benefcios, incluindo modularidade,

mas ao custo de desempenho

JXTA

Independente de linguagem


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Independente de linguagem

portanto no especfico de Java, porm atualmente em Java

plataforma e protocolo de transporte (mensagens soespecificadas em XML)

JXTA uma especificaode protocolo P2P que incluiendereamento, roteamento e outros servios

Permite que dispositivos em rede (de celulares/PDAssem-fio a PCs) se comuniquem e colaborem

JXTA cria rede virtual sobreposta com espao deendereamento uniforme e funes de rede

http://www.jxta.org/

JXTA Protocolos

Peer Resolver Protocol(PRP): permite enviar uma consulta


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( ) pa outro par

Peer Discovery Protocol(PDP): permite descobrir anncios

de outros paresPeer Information Protocol(PIP): permite consultar o estadocorrente de outro par

Pipe Binding Protocol(PBP): permite amarrar um endpointde comunicao a um par fsico

Endpoint Router Protocol (ERP): permite perguntar sobreinformaes de rota para envio de mensagens a outro par

Rendezvous Protocol(RVP): mecanismo pelo qual parespodem assinar ou desassinar um servio de propagao

Sumrio

I. Linguagem Java


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I. Linguagem Java

II. Threads


V. Java RMI



VIII.

Simulao de Algoritmos Distribudos em JavaIX. Tendncias

X. Concluses Finais

Concluses Finais

Java: a computao reinventada...


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p

Em frentica evoluo, a cultura Java se transforma a

cada dia, com jargo, siglas, especificaes, etc.Impossvel acompanhar!

Como linguagem Java superior s abordagens prviasJava a linguagem da Internet!

Possui mecanismos que a tornam ideal para

desenvolvimento de sistemas paralelos e distribudos

Desempenho o primeiro desafio sendo atacado

Contatos e Oportunidades

Informtica/UNISINOS


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Graduao Bacharelado Cincia da Computao, Anlisede Sistemas

GRef Graduao de Referncia em Eng. Computao

Especializao em Redes de Computadores, SoftwareLivre

Mestrado PIPCA

PIPCA Mestrado em Computao

Redes de Computadores, Processamento de Alto

Desempenho e Sistemas Distribudos

Outras reas: Inteligncia Artificial, Computao Grfica,Bioinformtica, Computao Cientfica...

Contatos e Oportunidades

Marinho P. Barcellos


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http://inf.unisinos.br/[email protected]

PIPCABloco 6B quarto andarAv. Unisinos, 950So Leopoldo/RS CEP93022-000

Cristiano Andr da Costa

http://inf.unisinos.br/[email protected]

Obrigado


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Use GNU/Linux!

Meu obrigado comunidade de software livre,pois ela me permitiu preparar essa apresentaointeiramente livre de software fechado e proprietrio.

Programação Paralela e Distribuida Em Java

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