Introdução aos Sistemas Distribuídos

Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Aplicadas e Educação
Departamento de Ciências Exatas

ACII:
Introdução aos Sistemas Distribuídos

Prof. Rafael Marrocos Magalhães
rafael@dce.ufpb.br

17 de Outubro de 2001 UFPB – CCAE - DCE

(R)Evolução na computação

1 - Etapa
!  1945 – 1985
!   Dezenas de milhares de $
!   mainframes, minicomputadores
!   Isolados, escassos, restritos (donos e aplicações)
!  Metade 80`
!   Microchips 8 bits – 16, 32, 64 bits
!   Poder do mainframe 1/10 $
!  50 anos, evolução assombrosa
!   10 milhões $,1 oper/seg
!   Mil $, 1 bilhão inst/ seg

(R)Evolução na computação

2 - Etapa
!  Redes de computadores
!   ARPANet, outrasNet
!   LAN (local)
!   100 milhões bits (MBps)
!   10 bilhões bits (GBps)
!   WAN (wides)
!   64 kbps
!   Gigabits

Resultados parciais

E daí?
!   Tornou-se viável e fácil
!   Criar redes com vários computadores
!   Conexões em alta velocidade
!   Criando:
!   Redes de computação
!   Sistemas distribuídos
!   Sistemas centralizados (monoprocessados)
!   Terminais remotos?

Definição

“Um
sistema
distribuído
é
um
conjunto
de

computadores
independentes
que
se
apresenta

a
seus
usuários
como
um
sistema
único
e

coerente”

!   Componentes (computadores autônomos)
!   Usuários (pessoas ou programas)
!   Nenhuma premissa, ilusão
!   Colaboração entre componentes
CERNE

Características

}
!   Diferenças entre computadores
!   Formas como se comunicam
!   Organização interna dos SD
oculto aos
usuários

!   Interação
!   Consistente, uniforme (independente do
ponto)

Características

!   Deveria ser facilmente expansível
!   Independência de componentes
!   Continuamente disponível
!   Queda temporária, consertos
!   Substituição
!   Inclusão
!   Usuário não deveria perceber

Como?

!   Dado as características de como criar e
conectar
!   Computadores heterogêneo
!   Redes diversas
!   Tecnologias diferentes
!   Componentes, linguagens, etc..

Metas

Um SD é realmente necessário?
Se sim:

Transparência
Acesso a
da Abertura
recursos
distribuição

Problemas
Escalabilidade
inerentes

Acesso a recursos

!   Facilitar o acesso a recurso remotos e
compartilhados aos usuários e às aplicações
!   Eficiente
!   Controlada
!   Quais recursos
!   Impressora, arquivos, webpages, etc...
!   Porque??
$ Economia $

Acesso a recursos

!   WEB
!   Comunicação
!   Estilo de vida
!   Groupware

!   Segurança
!   Bisbilhotice, senha (texto plano)
!   Transmissão e armazenamento

Acesso a recursos

!   Privacidade
!   Compra com cartão (leitor)
!   Rastreamento
!   Perfil, propaganda, spam
!   Wang, 1998 (artigo)

!   Como se proteger
!   Filtros, criptografia

Transparência da distribuição

Transparência

!   Acesso – Diferenças de sistemas
!   Localização – Geografia
!   Localização – URL
!   http://www.ccae.ufpb.br/
!   Migração – URL
!   Realocação – computação móvel
!   Replicação – Mídia
!   Concorrência – acesso, travas, transações
!   Falha – Leslie Lamport, web browser

Grau de transparência

!   Considerações
!   Desempenho
!   Facilidade
!   Exemplo do jornal (7 da manhã)
!   Localização
!   Cidades
!   Mãe natureza (tempo limite)
!   Sincronismo
!   Replicação de dados

Grau de transparência
!   Impossível total transparência
!   Dissimular que alcançaremos
!   Explicitar ao usuário e ao desenvolvedor
!   Entendimento do funcionamento
!   Não surpreender-se
!   Bela meta de desenvolvimento, mas
ponderar
!   Desempenho e facilidade de
compreensão
!   Preço alto

Abertura

!   “Um sistema distribuído aberto é um sistema que
oferece serviços de acordo com as regras
padronizadas que descrevem a sintaxe e a
semântica desses serviços”.
!   Formato, conteúdo e significado
!  Uso da IDL (Interface Definition Language)
!   Especificações devem ser completas e neutras.
!   Importantes para interoperabilidade e
portabilidade.
!   Fornecedores, confiança
!   Sistema a, b, ...
!   O sistema distribuído deve ser extensível.

Abertura
!   Necessário separar política e mecanismo.
!   Muitos sistemas mais antigos e outros
contemporâneos são construídos com uma
abordagem monolítica.
!   Em uma abordagem relativamente nova é
crucial que o sistema seja organizado como um
conjunto de componentes relativamente
pequenos e de fácil distribuição.
!   Cache
!   Política, mecanismo
!   Horário de trens
!   Condições climáticas de tráfego

Escalabilidade

!   Mais importante meta
!   Dimensões de escalabilidade (Neuman,
1994)
!   Tamanho
!   Geográfico
!   Administrativos
!   E o desempenho?

Escalabilidade
!   Problemas de escalabilidade
!   Tamanho

Escalabilidade
!   Tamanho
!   As vezes necessário
!   Centralizado (Confidenciabilidade)
–  Histórico médico
–  Banco
!   Agenda de telefones
–  50 milhões (2,5 GB)
!   Informação instantânea
–  Algoritmos melhores

Escalabilidade
!   Tamanho
!   Algoritmo descentralizados
!   Nenhuma máquina tem informações
completas sobre o estado do sistema
!   As máquinas tomam decisões tendo como
base somente informações locais
!   A falha de uma máquina não arruína o
algoritmo
!   Não há nenhuma premissa implícita
quanto à existência de um relógio global

Escalabilidade
!  Problemas de escalabilidade
!   Geográfico
!   Comunicação síncrona
–  Cliente/bloqueio/servidor/desbloqueio
!   Confiabilidade
–  Ponto-a-ponto
–  <> LAN (broadcast) facilita
!   Componente centralizados
–  Servidor de e-mail
!   Domínios administrativos
–  Utilização (recursos, gerenciamento,
segurança, pagamento)
–  Expansão para outros domínios

Escalabilidade
!   Técnicas de escalabilidade
!   Devidos basicamente a capacidades limitada
de servidores
!   Três tipos (Neuman, 1994)
!   Ocultar latências
!   Distribuição
!   Replicação

Escalabilidade
!   Comunicações assíncronas
–  Evita paradas bruscas
–  Ñ app. Interativas
»  Redução de comunicação
»  Partição do processamento
»  Exemplo do formulário

Escalabilidade

Escalabilidade
!   Distribuição
!   Sub-dividir em componentes
menores
!   Distribuí-lo através do sistema
!   Exemplo típico DNS

Escalabilidade
!   Distribuição (Exemplo típico DNS)

Escalabilidade
!   Replicação
!   Aumenta a disponibilidade
!   Equilibra a carga entre componentes
!   Cache caso especial
–  Cliente não desenvolvedor
–  Demanda e não planejado
!   Problemas de consistência
!   Natureza (3x10^8 m/s) fotons

Escalabilidade
!   Tamanho
!   Mais ou melhores equipamentos
–  Solução temporária e custosa
!   Geográfica
!   Mãe natureza
!   Replicação
!   Consistência
!   Administrativas
!   Problemas não técnicos (polít.)

Ciladas
!   Premissas falsas adotadas ao desenvolver
uma aplicação distribuída pela primeira vez

1.  A rede é confiável
2.  A rede é segura
3.  A rede é homogênea
4.  A topologia não muda
5.  A latência é zero
6.  A largura da banda é infinita
7.  O custo de transporte é zero
8.  Há apenas um administrador

Tipos

!   Tipos de Sistemas Distribuídos
!   Sistemas de computação distribuídos
!   Sistemas de informação distribuídos
!   Sistemas embutidos distribuído

Sistemas de Computação Distribuídos

!   Tarefas de computação de alto desempenho
!   Computação em cluster
!   Homogeneidade
!   Rede
!   Computação em grade (grid)
!   Federações de computadores
!   Domínios administrativos diferentes
!   Heterogeneidade

Sistemas de computação distribuídos

!   Sistemas de computação em cluster
!   Preço/desempenho
!   Hardware de prateleira
!   Rede de alta velocidade (100/MB)
!   Único programa
!   NASA 1991
!   Sistema Beowulf
!   Outros sistemas


!   Cluster
!   Conjunto de nós
!   Master/Slave (Mestre/Escravo)
!   Papel do slave
!   Papel do master
!   Middleware
–  Sistema operacional padrão


!   Cluster

!   Cluster
!   Bibliotecas de comunicação
!   Ñ segurança, falhas, ...
!   Hierárquico
!   Mosix
!   Não hierárquica
!   Simetrismo
!   Transparência (sistema único)
!   Migração (nó nativo)


!   Sistemas de computação em grade
!   Cluster – homogêneo
!   Contraponto – alta heterogeneidade
!   Sem premissas de hardware, S.O.,
redes, domínios administrativos, política
de segurança, ...
!   Organização virtual
!   Supercomputadores, redes, DBs,
etc...


!   Arquitetura (Foster, 2001)
!   4 camadas
!   Camada-base
–  Camada de conectividade
–  Camada de recursos
!   Camada coletiva
!   Camada de aplicação


!   Arquitetura de serviços de grade aberta
!   OGSA (Open Grid Services
Architecture)
!   CERN
!   GRID Mundial
!   OurGrid

Sistemas de Informação distribuídos

!   Sistemas de processamento de transações
!   Operações iniciais
!   Agrupamento de operações
!   Transações distribuídas
!   Empacota várias requisições de
programas clientes em uma
transação distribuída.
!   Sistemas de aplicações empresariais
!   Integração de aplicações empresariais
(EAI)

Sistemas embutidos distribuídos
!   Sistemas distribuídos pervasivos
!   Localização
!   Estável <> Móvel
!   Móvel e embutido
!   Pequeno tamanho, alimentação por
bateria, mobilidade, conexão sem fio
!   Ñ significa restritivo (smartphone)
!   Não possui controle administrativo humano
!   Adotar mudanças contextuais
!   Incentivar composição ad hoc
!   Reconhecer compartilhamento como
padrão

Sistemas distribuídos embutidos

!   Sistemas domésticos
!   TV
!   Computadores
!   Players (vídeo, jogos, informação)
!   Convergência
!   PDA
!   Fone
!   UPnP – Universal Plug and Play
!   802.x (conectividade)


!   Sistemas eletrônicos para tratamento de
saúde
!   BAN (body-area Network)

!   Redes de Sensores

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