UNIVERSIDADE
Computação
Aula 03-04: Modelos de Sistemas Distribuídos
2o. Semestre / 2014
Prof. Jesus
Principais questões no projeto de um
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
sistema distribuído (SD)
Para lidar com estas e outras
apresentados os seguintes modelos:
●
questões
são
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
sistema distribuído (SD)
Modelo fundamental se dividem em três principais tipos:
●
Modelo de interação
–
●
Modelo de falhas
–
●
Lida com questões de desempenho e limites de tempo.
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
Distribuídos
●
●
●
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
Distribuídos
●
●
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 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
7
Plataforma
●
●
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
sistemas distribuídos
Application, Services
Middleware
Operating System
Computer and network hardware
Plataform
(physical
infrastructure)
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Serviços 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 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 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
middleware
●
●
●
●
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
13
Alguns modelos de programação para
comunicação 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 middleware
●
CORBA
●
Java RMI e Jini
●
Web services
●
DCOM
●
.Net
●
RM-ODP
●
Outros tipos de middleware?
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Middleware: 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
16
Arquitetura 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-servidor
Client
Server
invocation
result
invocation
result
Server
Client
Key:
Process:
Computer:
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O 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-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
servidores
Service
Server
Client
Server
Client
Server
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Um mesmo serviço provido por múltiplos
servidores
●
●
●
●
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 proxy e servidores com
Cache
Web
server
Client
Proxy
server
Client
Web
server
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Servidores de cache
●
●
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 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 Móvel
a) client request results in the downloading of applet code
Client
Applet code
Web
server
b) client interacts with the applet
Client
Applet
Web
server
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Código 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 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 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 computação
Compute server
Network computer or PC
Thin
Client
network
Application
Process
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Clientes 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 espontâneas
Music
service
Alarm
service
gateway
Internet
Hotel wireless
network
Discovery
service
Camera
TV/PC
Laptop
PDA
Guests
devices
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Dispositivos 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
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