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Aula 03-04: Modelos de Sistemas DistribuídosAula 03-04: Modelos de Sistemas Distribuídos

2o. Semestre / 2014

Prof. Jesus

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Principais questões no projeto de um Principais questões no projeto de um sistema distribuído (SD)sistema distribuído (SD)

● Questão de acesso (como sist. será acessado)

– Grandes variações na carga de trabalho

– Componente desconectado na maior parte do tempo (se conecta algumas vezes)

– Componentes necessitam de recursos tais como largura de banda, processamento, espaço em disco.

● Diferentes tipos de ambiente: o SD deve lidar com diferentes tipos de hardware, sistemas operacionais e redes

● Problemas internos: ausência de relógio interno, dados conflitantes, falhas no sistema

● Segurança: proteção contra ataques externos.

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Principais questões no projeto de um Principais questões no projeto de um sistema distribuído (SD)sistema distribuído (SD)

Para lidar com estas e outras questões são apresentados os seguintes modelos:

● Modelo Arquitetural

– define como os componentes de um SD interagem entre si e estão distribuídos pela rede.

● Modelo Fundamental

– define os principais problemas a serem resolvidos para que um SD funcione corretamente sendo confiável e seguro

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Principais questões no projeto de um Principais questões no projeto de um sistema distribuído (SD)sistema distribuído (SD)

Modelo fundamental se dividem em três principais tipos:

● Modelo de interação

– Lida com questões de desempenho e limites de tempo.

● Modelo de falhas

– Busca definir as principais falhas que podem ocorrer em um sistema e fornecer mecanismos de comunicação confiáveis

● Modelo de segurança

– Define as principais ameaças para um sistema e como lidar com elas

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Modelos Arquiteturais de Sistemas Modelos Arquiteturais de Sistemas DistribuídosDistribuídos

● Tornar um SD confiável, gerenciável, adaptável

● Modelo arquitetural simplifica e abstrai as funções de componentes individuais considerando:

– O posicionamento deste componentes dentro da rede

– O relacionamento entre estes componentes

● Classificar processos como de servidor, de cliente ou de peer

– Identificar responsabilidades de cada processo

– Obter desempenho e confiabilidade

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Modelos Arquiteturais de Sistemas Modelos Arquiteturais de Sistemas DistribuídosDistribuídos

● Esta classificação (cliente, servidor, peer) é importante pois permite:

– Identificar a função de cada processo e sua importância para o sistema

– Tornar o sistema mais organizado e eficiente

● Sistemas mais dinâmicos que permitem

– Mover um código de um processo para outro

– Disposivitos computacionais sejam adicionados ou retirado de um sistema distribuído de forma transparente

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Arquitetura de softwareArquitetura de software

● O conjunto de serviços disponíveis para processos distribuídos localmente ou remotamente

● Serviços são responsáveis pelo gerenciamento de recursos

● Alguns destes serviços são fornecidos por uma plataforma

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PlataformaPlataforma

● Camadas de hardware e software mais inferiores para sistemas distribuídos

● Fornecem serviços para as camadas superiores– Facilitar a coordenação e a comunicação entre processos

● Possuem diferentes tipos de implementação– Intel x86/Windows, Intel x64/Windows,

– PowerPC/Mac OS X

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Camadas de software e hardware em Camadas de software e hardware em sistemas distribuídossistemas distribuídos

Application, Services

Middleware

Operating System

Computer and network hardware

Plataform(physical

infrastructure)

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Serviços de sistemas distribuídosServiços de sistemas distribuídos

● Parte de um sistema de computação que encapsula e gerencia uma coleção de recursos relacionados

● Provê uma interface que permite a aplicações e usuários terem acesso às funcionalidades dos recursos

● Um serviço pode ser provido por um ou vários servidores

● Ex.: serviço de arquivos, serviço de multimída, e-mail, etc

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Aplicação distribuídaAplicação distribuída

● É uma aplicação que consiste em 2 ou mais processos que executam em diferentes processadores que não compartilham memória

● Corolário: os processos de uma aplicação distribuída comunicam entre si através da troca de mensagens

● Ex.: Aplicações de rede tais como FTP, Web(HTTP), sistemas P2P (BitTorrent), computação em grade, computação em nuvem.

..

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Middleware de sistemas distribuídosMiddleware de sistemas distribuídos

● Camada de software que tem por finalidade– mascarar a heterogeneidade da plataforma

subjacente (hardware, SO, linguagem)

– resolver demais problemas oriundos da distribuição de forma transparente

– prover um modelo de programação conveniente para o programador de aplicações

● ex.: abstrações de alto nível para comunicação remota

– Prover serviços de infra-estrutura padronizados para uso no desenvolvimento de aplicações

● ex.: resolução de nomes, segurança, transações etc.

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O que constitui uma plataforma de O que constitui uma plataforma de middlewaremiddleware

● Processos, objetos ou componentes localizados nos computadores do sistema distribuído

● Interagem e cooperam entre si para prover o suporte de comunicação e compartilhamento de recursos necessário às aplicações

● Fornece as primitivas básicas para construção de componentes de software que funcionam cooperativamente em um sistema distribuído

● Plataforma de alto nível para o desenvolvimento de aplicações

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Alguns modelos de programação para Alguns modelos de programação para comunicação remotacomunicação remota

● Plataformas de middleware fornecem suporte para:

– Chamada de métodos remotos

– Comunicação de grupo

– Notificação de eventos

– Espaços de tuplas

– Fluxos de mídia

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Exemplos de middlewareExemplos de middleware

● CORBA

● Java RMI e Jini

● Web services

● DCOM

● .Net

● RM-ODP

● Outros tipos de middleware?

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Middleware: LimitaçõesMiddleware: Limitações

● Nem todas as decisões sobre questões de distribuição podem ser embutidas no middleware

● Algumas requerem conhecimento específico no nível das aplicações

– Ex.: tratamento de falhas pode depender da semântica da aplicação

● A implementação destas questões no middleware pode comprometer a corretude e a confiabilidade

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Arquitetura de sistemas distribuídosArquitetura de sistemas distribuídos

● Arquitetura: estrutura de um sistema em termos de componentes especificados separadamente– alocação dos componentes na rede

– inter-relacionamento dos componentes

● Principais modelos (ou estilos) de arquitetura:– Cliente-servidor (processos ou objetos)

– Peer-to-peer

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O modelo cliente-servidorO modelo cliente-servidor

Server

Client

Client

invocation

result

Serverinvocation

result

Process:Key:

Computer:

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O modelo cliente-servidorO modelo cliente-servidor

● O modelo mais comum

● Os processos podem ser divididos em dois tipos, de acordo com o seu modo de operação

– Cliente: envia pedido, recebe resposta

– Servidor: recebe pedido; processa pedido; envia resposta

● Um servidor pode se tornar cliente. Ex.: Mecanismos de busca, servidor web acessando banco de dados.

● Problemas

– Escalabilidade e tolerância a falhas

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Variações do modelo cliente-servidorVariações do modelo cliente-servidor

● Múltiplos servidores provendo um mesmo serviço

● Proxies de serviço● Código móvel● Clientes leves● Dispositivos móveis e configuração espontânea

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Um mesmo serviço provido por múltiplos Um mesmo serviço provido por múltiplos servidoresservidores

Server

Server

Server

Service

Client

Client

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Um mesmo serviço provido por múltiplos Um mesmo serviço provido por múltiplos servidoresservidores

● Serviço pode ser implementado por várias máquinas em diferentes pontos da rede

● Servidores podem interagir entre si para oferecer uma visão global consistente do serviço para os clientes

● Particionamento – distribuição física dos recursos entre os vários servidores

– Maior facilidade de gerência e maior escalabilidade

– Ex.: Clusters de servidores

● Replicação – manutenção de cópias do mesmo recurso lógico em dois ou mais servidores

– Maior desempenho e disponibilidade

– Ex.: Base de dados do Google, Serviço de nomes da Sun (NIS/NFS)

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Servidores de Servidores de proxyproxy e servidores com e servidores com CacheCache

Client

Proxy

Web

server

Web

server

serverClient

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Servidores de Servidores de cachecache

● Repositório de cópias de objetos recentemente utilizados que está fisicamente mais próximo do que os objetos originais

● Principais desafios:

– Política de atualização (controla a entrada e saída de objetos no cache)

– Localização física (nos clientes ou em um ou mais servidores proxy)

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Servidores de ProxyServidores de Proxy

● Processo compartilhado por vários clientes que serve como cache para os recursos disponibilizados por outros servidores remotos

● Principais funções:

– Reduzir o tempo de acesso

– Aumentar a disponibilidade

– Também utilizado para proteção, filtragem, adaptação, etc.

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Código MóvelCódigo Móvel

a) client request results in the downloading of applet code

Web server

ClientWeb serverApplet

Applet code

Client

b) client interacts with the applet

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Código MóvelCódigo Móvel

● Serviços oferecidos na forma de um código (programa) específico que deve ser descarregado do servidor

– Aplicações clientes executam e interagem localmente com o código móvel recebido

– Dependendo do serviço, código móvel pode interagir com um ou mais servidores em nome da aplicação cliente

– Ex.: Java applets, Tcl scripts

● Principais benefícios:

– Redução do tempo de resposta para aplicações interativas

– Maior facilidade de customização e atualização da interface de acesso ao serviço

– Possibilidade de estender dinamicamente as funcionalidades das aplicações clientes

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Agentes móveisAgentes móveis

● Programas (com código e dados) que se descola pela rede cumprindo tarefas

– Coletando informações da rede (instalar softwares em uma rede ou comparar preços em um site)

– Redução do custo de comunicação e tempo

– Substitui chamadas remotas por locais

● Podem representar um problema de segurança para o ambiente em que estão ou para si mesmos

● Podem não ser muito eficientes por não ter acessos a recursos sendo melhor utilizar outros meios

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Clientes leves e servidores de computaçãoClientes leves e servidores de computação

● Aplicativos e S.O. armazenados localmente exigem conhecimento técnico que muitos usuários não possuem

● Clientes leves: onde os principais aplicativos são mantidos em servidores

● Processamento de programas, gerenciamento de arquivos, armazenamentos de dados são feitos remotamente

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Clientes leves e servidores de computaçãoClientes leves e servidores de computação

ThinClient

ApplicationProcess

Network computer or PCCompute server

network

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Clientes leves e servidores de computaçãoClientes leves e servidores de computação

● Camada de software com suporte para interação local com o usuário, e que executa aplicações e solicita serviços exclusivamente a partir de servidores remotos

– Ex.: XWindows (Unix/Linux), WinFrame (WindowsNT), VNC

● A favor:

– Baixo custo de hardware e software para os clientes

– Maior facilidade de gerência e manutenção das aplicações

● Contra:

– Alto custo de hardware e software para os servidores

– Centralização da carga de trabalho e do tráfego de mensagens

– Risco de sobrecarga dos servidores e/ou da rede

– Baixo desempenho para aplicações altamente interativas

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Dispositivos móveis e redes espontâneasDispositivos móveis e redes espontâneas

Internet

gateway

PDA

service

Music service

serviceDiscovery

Alarm

Camera

Guestsdevices

LaptopTV/PC

Hotel wireless

network

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Dispositivos móveis e redes espontâneasDispositivos móveis e redes espontâneas

● Formado por aplicações clientes que executam em dispositivos móveis (PDAs, laptops, celulares, etc) e acessam servidores da rede fixa através de uma infraestrutura de comunicação sem fio

● Principais benefícios:

– Fácil conexão dos dispositivos a uma nova rede local. Inclusão de novos clientes sem a necessidade de configuração explícita

– Fácil integração dos clientes aos serviços locais. Descoberta automática de novos serviços (sem intervenção do usuário)

● Desafios de projeto:

– Identificação de recursos independente de sua localização física

– Limitações de processamento, tempo de conexão e largura de banda

– Privacidade e segurança