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Programação Distribuída

Arquiteturas

Programação Distribuída

● A arquitetura de um Sistema Distribuído diferencia entre a organização de componentes de software e a realização física.

● A organização de sistema distribuídos trata em grande parte dos componentes de software que constituem o sistema (Arquitetura de Software).

● Um sistema distribuído deve especificar e colocar componentes de software em máquinas reais. A especificação final de um sistema distribuído é chamada de Arquitetura de Sistema.

Arquiteturas de Sistema

● Estilos Arquitetônicos– São formulados em termos de componentes,

● do modo como esses componentes estão conectados uns aos outros,

● dos dados trocados entre componentes e, por fim ● da maneira como esses elementos são configurados em

conjunto para formar um sistema.

– Um componente é uma unidade modular com interfaces requeridas e fornecidas bem definidas que é substituível dentro do seu ambiente.

Arquitetura de Sistema

● Conector – É um mecanismo que serve de mediador de comunicação ou

da cooperação entre componentes.

● Usando componentes e conectores podemos chegar a várias configurações que foram classificadas em estilos arquitetônicos. Os estilos mais importantes para SD são:– Arquiteturas em camadas

– Arquiteturas baseadas em objetos

– Arquiteturas centradas em dados

– Arquiteturas baseadas em eventos


● Arquiteturas em Camadas– A ideia é que um componente na camada L i tem permissão de

acessar componentes na camada Li-1, mas não o contrário.

– O controle flui de camada para camada:● Requisições descem pela hierarquia,● Resultados fluem de baixo para cima

● Arquiteturas baseadas em objetos– Cada componente é representada por um objeto

– A conexão é feita por chamadas de procedimentos(remotas).


● Arquiteturas Centradas em Dados– São aquelas cuja a ideia é de que processos se comunicam por meio

de um repositório de dados comum (ativo ou passivo)

● Arquiteturas Baseadas em Eventos– Processos se comunicam , em essência, por meio da propagação de

eventos que, opcionalmente, transportam dados.

● No caso de sd, a propagação de eventos tem sido associada a arquiteturas centradas em dados, o que denominamos sistemas publicar/subescrever, onde processos publiquem eventos após os quais o middleware assegura que somente processos que se subescrevem a esses eventos o receberão.


– Arquiteturas baseadas em eventos podem ser combinadas com arquiteturas baseadas em dados, resultando no que também é conhecido como espaços compartilhados de dados.


● As arquiteturas de sistemas podem ser do tipo:– Centralizada

● Cliente-Servidor● Multidivididas

– Descentralizada● Peer-to-peer estruturada● Peer-to-peer não -estruturada● Gerenciamento de topologia de redes de sobreposição● Superpares

– Híbridas● Sistemas de servidor de borda● Sistemas distribuídos colaborativos


● Arquiteturas Centralizadas– No modelo cliente-servidor básico, processos são

divididos em 2 grupos, com possível sobreposição.

– Um servidor é um processo que implementa um serviço específico.

– Um cliente é um processo que requisita um serviço de um servidor, enviando-lhe uma requisição e, na sequência, esperando pela resposta do servidor.

– Esta interação é conhecida como comportamento de requisição - resposta.

Arquitetura de SistemasArquiteturas Centralizadas

● Comunicação– Protocolo simples sem conexão com a rede subjacente

● O cliente requisita um serviço empacotando junto em uma mensagem os dados pertinentes e envia ao servidor

● O servidor sempre espera por uma mensagem, a desempacota, processa, empacota o resultado e envia a resposta.

● Se as mensagens não se perderem o protocolo requisição/resposta funciona bem, caso contrário a solução se torna difícil.

● Se o cliente não receber uma resposta enviar novamente a requisição pode trazer problemas se a requisição não for idempotente (quando pode ser enviada repetidamente). Pois o problema pode ter ocorrido na resposta.


– Protocolo confiável orientado a conexão● Não é inteiramente adequada para conexões locais por

ser muito lenta● Funciona perfeitamente em conexões de longa distância.● Praticamente todos os protocolos de aplicação da

internet são baseados em conexões TCP/IP confiáveis.● Quando um cliente requisita um serviço, primeiro é

estabelecida uma conexão com o servidor e depois envia a requisição.

● Estabelecer uma conexão confiável TCP/IP é muito cara se as mensagens trocadas forem muito pequenas.


● Camadas de Aplicação– Considerando que muitas aplicações cliente-

servidor visam a dar suporte ao acesso de usuários ao banco de dados, muitos implementam o estilo arquitetônico em camadas:

● Camada de Interface de usuário;● Camada de processamento; e● Camada de dados.


● Arquiteturas Multidivididas– A distinção entre 3 níveis lógicos sugere várias

possibilidades para a distribuição física de uma aplicação cliente-servidor por várias máquinas. A organização mais simples é ter dois tipos de máquinas:

1 – Uma máquina cliente que contém apenas a camada de interface do usuário.

2 – Uma máquina servidor que contém a camada de processamento e a camada de dados

Arquitetura de SistemasArquiteturas Descentralizadas

● Arquiteturas centralizadas, como a cliente-servidor, fazem uma distribuição vertical. Ou seja, tem seus componentes logicamente diferentes em máquinas diferentes.

● Em arquiteturas modernas, em muitas vezes, é a distribuição dos clientes e dos servidores que conta. O que chamamos de distribuição horizontal.

● Nesse tipo de distribuição, um cliente ou servidor pode ser fisicamente subdividido em partes logicamente equivalentes, mas cada parte opera sobre sua porção de dados completa.

Arquitetura de SistemasArquiteturas peer-to-peer

● Em alto nível, os processos que constituem um sistema peer-to-peer são todos iguais, ou seja, todas as funções que precisam ser realizadas estão em cada processo que constitui o sistema distribuído.

● Como consequência todo processo agirá como cliente e como servidor ao mesmo tempo, o que se denomina agir como servente. A maioria das interações entre processos então se tornam simétricas

● Esse comportamento simétrico determina que arquiteturas peer-to-peer concentram-se em como organizar os processos em uma rede de sobreposição, na qual os nós são os processos e as conexões são os canais de comunicação possíveis (geralmente conexões TCP)

● Como um processo não pode comunicar-se diretamente com um outro processo arbitrário, ele envia mensagens pelos canais de comunicação disponíveis.


● Existem dois tipos de redes de sobreposição:– Estruturadas; e

– Não Estruturadas


● Arquiteturas peer-to-peer estruturadas– A rede de sobreposição é construída de forma determinística.

– O procedimento mais utilizado é organizar os processos por meio de uma tabela de hash distribuída (DHT – Distributed Hash-Table).

– No sistema DHT, os itens de dados recebem uma chave aleatória como identificador. Da mesma forma os nós do sistema também recebem uma chave aleatória.

– Portanto , o ponto crucial de todo sistema DHT é implementar um esquema eficiente e determinístico que mapeie exclusivamente a chave de um item de dado para o identificador de algum nó.

– O mais importante é que, ao consultar um item de dado, o endereço de rede do nó responsável por aquele item de dado é retornado.


● Arquiteturas peer-to-peer não estruturada– Dependem em grande parte de algoritmos aleatórios

para construir um rede de sobreposição.

– A ideia principal é que cada nó mantenha uma lista de vizinhos mas que essa lista seja construída de modo mais ou menos aleatório.

– Da mesma maneira, admite-se que itens de dados sejam colocados aleatoriamente em nós.

– Consequentemente, uma busca por um item de dados deve inundar a rede com uma consulta de busca.


– Uma das metas da arquitetura peer-to-peer não estruturada é construir uma rede de sobreposição parecida com um gráfico aleatório, onde ● o modelo básico é que cada nó mantenha uma lista com c vizinhos

que , de preferência, cada um dos vizinhos represente um nó escolhido aleatoriamente no conjunto de nós vigentes no momento. A lista de vizinhos é também chamada de visão parcial.

– Nessa estrutura a premissa adotada é que nós troquem regularmente entradas da sua visão parcial, onde cada entrada identifica um outro nó na rede e tem uma idade associada que indica a antiguidade das referências àquele nó.

Arquitetura de SistemasArquiteturas Híbridas

● Existem classes específicas de sistemas distribuídos nas quais soluções cliente-servidor são combinadas com arquiteturas descentralizadas.– Sistemas de servidor de borda

– Sistemas Distribuídos Coloborativos


● Servidor de Borda– São sistemas disponibilizados na Internet onde

servidores são colocados na borda da rede.

– Essa 'borda' é formada pela fronteira entre a rede corporativa e a Internet.

– Um provedor de serviço de Internet (ISP – Internet service provider) é um exemplo.

● Os usuários finais só acessam a Internet pelo servidor de borda, o provedor.


● Sistemas Distribuídos Colaborativos– Muitas vezes um sistema distribuído é disponibilizado como cliente-

servidor, porém, tão logo um nó se conecte na rede ele pode usar um esquema totalmente descentralizado para colaboração.

– Um exemplo é o sistema para compartilhamento de arquivos (download) BitTorrent.

– O BitTorrent é um sistema peer-to-peer que funciona da seguinte maneira:● Um nó cliente solicita uma pesquisa por F, por exemplo;● A solicitação chega a um Servidor Web que reporta-se a um servidor de arquivos,

do tipo .torrent para F ; que● Solicita a um nó rastreador, que contém uma lista de nós que armazenam F, cada

nó com uma porção do arquivo, que● Ordena o download a esses nós, que começam a transferência para o cliente

Arquitetura de SistemasArquitetura x Middleware

● O middleware é uma camada de software entre aplicações e plataformas distribuídas.

● O que se vê normalmente na prática é que sistemas de middleware seguem um estilo arquitetônico específico.– Por exemplo, muitos sistemas adotaram um estilo

arquitetônico baseado em objetos, como CORBA.

– Outros, como o TIB/Rendezvous, que proporciona um estilo baseado em eventos.

Arquitetura de SistemasArquitetura x Middleware

● Moldar o middleware de acordo com um estilo arquitetônico específico tem como benefício a simplificação do projeto de aplicações.

● Contudo, uma desvantagem óbvia é que o middleware pode não ser o mais ideal para aquilo que um desenvolvedor tinha em mente.

● Uma abordagem geral considerada melhor é fazer sistemas de middleware de modo que sejam simples de configurar, adaptar e personalizar conforme for a necessidade da aplicação.

Arquitetura de SistemasAutogerenciamento de sistemas distribuídos

● SDs – e em especial seu middleware associado – precisam fornecer soluções gerais de blindagem contra aspectos indesejáveis inerentes à redes, de modo que possam suportar o maior número possível de aplicações.

● Quando a adaptação precisa ser automática, observa-se um forte intercâmbio entre arquiteturas de sistemas e arquiteturas de software.

Arquitetura de SistemasAutogerenciamento de sistemas distribuídos

● A organização de sistemas distribuídos de realimentação de controle de alto nível que permitam a adaptação automática a mudanças é chamada de Computação Autonômica ou Sistemas Autos *.– O último nome indica a variedade de modos de

adaptação automática que estão sendo englobados: autogerenciador, auto-reparador, autoconfigurador, auto-otimizador e assim por diante.

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