Transcript Sistemas Distribuídos - Faculdade Gama e Souza

Sistemas Distribuídos
Introdução
Especialização em Redes de
Computadores
Prof. Fábio M. Costa
Instituto de Informática - UFG
Conteúdo
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O que é um sistema distribuído?
Exemplos de sistemas distribuídos
Requisitos de sistemas distribuídos
Transparência em sistemas distribuídos
Baseado em Emmerich, 2000
Prof. Fábio M. Costa
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O que é um Sistema
Distribuído?
Baseado em Emmerich, 2000
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O que é um Sistema
Distribuído?
Component1
Componentn
Middleware
Network Operating System
Hardware
Component1
Componentn
Middleware
Network Operating System
Hardware
Hostn-1
Host2
Component1
Componentn
Middleware
Network Operating System
Hardware
Host1
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Network
Component1
Componentn
Middleware
Network Operating System
Hardware
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Hostn
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O que é um Sistema
Distribuído?
Um sistema distribuído é uma coleção de
hosts autônomos, conectados através de uma
rede de computadores. Cada host executa
componentes e opera um middleware de
distribuição, o qual habilita os componentes a
coordenarem suas atividades de tal forma
que usuários percebam o sistema como um
ambiente computacional único e integrado.
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Exemplos de Middleware
• Orientados a Transações
– IBM CICS
– BEA Tuxedo
– IBM Encina
– Microsoft Transaction
Server
• Orientados a Mensagens
– Microsoft Message Queue
– NCR TopEnd
– Sun Tooltalk
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• Procedural
– Sun ONC
– Linux RPCs
– OSF DCE
• Orientado a Objetos
– OMG CORBA
– Sun Java/RMI
– Microsoft COM
– Sun Enterprise Java
Beans
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Características de Sistemas
Centralizados
• Um componente, com partes não autônomas
• Componentes são compartilhados por todos
os usuários durante todo o tempo
• Todos os recursos acessíveis (tipicamente)
• Software ‘roda’ em um único processo
• Ponto de controle único
• Ponto de falha único
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Características de Sistemas
Distribuídos
• Múltiplos componentes autônomos
• Componentes não são compartilhados por
todos os usuários
• Recursos podem não ser acessíveis
• Software ‘roda’ em processos concorrentes
e em processadores distintos
• Múltiplos pontos de controle
• Múltiplos pontos de falha (!!!)
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Exemplos de Sistemas
Distribuídos
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Motivação
• Estudos de caso
– Sistema de video-sob-demanda (Hongkong Telecom)
– Infra-estrutura de informática (setor bancário)
– Sistema de gerenciamento de configurações de
aeronaves (Boeing)
– Sistema de gerência de federação de futebol
• Desenvolvidos empregando os princípios e
técnicas apresentados neste curso
• Servem como exemplos ilustrativos para o curso
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Ex.1: Sistema de
Vídeo-sob-Demanda
…
• Objetivo: prover aos assinantes facilidades para o
‘download’ de vídeos a partir de servidores para serem
apresentados em Web-TVs de baixo custo
• Atualmente: cerca de 100.000 usuários
• Construído utilizando tecnologia de objetos
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Requisitos: Heterogeneidade
• Hardware:
– Clientes: Web-TV
– Servidores: processador RISC
• Sistemas operacionais:
– Clientes: JavaOS
– Servidores: UNIX
• Linguagens de programação:
– Clientes: Java
– Servidores: C++
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Requisitos (cont.)
• Comunicação através da rede
– Como transmitir estruturas de dados complexas
através da Internet?
• Escala
– Expansão para um grande número de usuários
• Segurança
– Forma segura de pagamento
– Autenticação e controle de acesso
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Por que Tecnologias de
Objetos Distribuídos?
• Distribuição:
– Clientes de vídeo necessitam fazer o ‘download’ /
exibição de vídeo na Web-TV do usuário final
– Múltiplos servidores (balanceamento de carga)
• Tecnologia de objetos:
– Clientes de vídeo escritos em Java:
• Web-TV contém um Máquina Virtual Java
• Portabilidade - ex: Sony Playstation, Sega Console
– Servidores de vídeo escritos em C++: desempenho
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Por que Tecnologias de Objetos
Distribuídos? (cont.)
• Uma maneira natural de particionar a
funcionalidade de uma aplicação ou sistema
• Objetos: unidades funcionais autônomas que se
comunicam entre si através da troca de mensagens
• Abstração ideal para a construção de sistemas
distribuídos
– Objetos diferentes podem ser instalados em
computadores distintos
– Cooperação através de mensagens transmitidas pela rede
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Ex.2: Infra-estrutura de Informática
Empresarial (Setor Bancário)
Serviço de
Informações
de Clientes
Serviço de Banco
de Dados de Produtos
Serviços de
Marketing
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Serviços de
Autorização
Estação de
Negócios
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Serviços
em Mainframes
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Requisitos
• Tempo para se chegar ao mercado
– Desenvolvimento de novas aplicações com
tecnologia recente
– Integração de novas aplicações tem se tornado
cada vez mais difícil
• Escalabilidade
– Administração de milhões de contas e clientes
– Milhares de usuários concorrentes
• Confiabilidade
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Requisitos (cont.)
• Heterogeneidade de Hardware
– Mainframes (Unisys, IBM, etc.)
– Servidores SUN SPARC
– PCs
• Heterogeneidade de Sistema Operacional
– MVS, UNIX, Linux, Windows
• Heterogeneidade de Linguagem de
Programação
– Cobol, C/C++, Visual Basic, Java
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Por que Tecnologia de Objetos
Distribuídos
• Permite uma visão uniforme de todos os serviços
da empresa e de como acessá-los
• Provê um nível apropriado de abstração
• Preserva o investimento encapsulando aplicações
legadas
• Permite explorar as vantagens da tecnologia de
objetos em novos projetos
• Uma forma natural de resolver:
– distribuição
– heterogeneidade
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Ex.3: Gerência de Configuração
Boeing 777
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Problemas a serem resolvidos
• Escala
– 3.000.000 de peças por aeronave
– A configuração de cada aeronave é diferente
– Regulamentos demandam que registros sejam mantidos
para cada peça de uma aeronave
– Aeronave evolui durante manutenções
– Produção de 500 aeronaves por ano
– Banco de dados de configuração cresce 1,5 bilhão de
partes a cada ano
– Tempo de vida de uma aeronave: 30 anos
– 45.000 engenheiros necessitam acesso on-line aos
dados de configurações
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Problemas a serem resolvidos (cont.)
• Integração de componentes de prateleira
– Infra-estrutura de TI se tornou inadequada
– Mas a empresa não podia se dar ao luxo de reconstruir toda a sua infra-estrutura de TI
– Componentes foram comprados de diversos
fabricantes especializados
• Banco de dados relacional
• Planejamento de recursos da empresa (ERP)
• Planejamento de projetos auxiliado por computador
– Componentes precisavam ser integrados
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Problemas a serem resolvidos (cont.)
• Heterogeneidade
– 20 máquinas de banco de dados Sequent para
gerenciar os dados de configuração de aviões
– 200 servidores de applicações UNIX
– Estações de trabalho NT e UNIX para os
engenheiros
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Por que Tecnologia de Objetos
Distribuídos
• Componentes de prateleira encapsulam a
funcionalidade da aplicação
• Resolvendo o problema de distribuição em
um nível mais elevado de abstração
• Resolvendo o problema da heterogeneidade
• Escalabilidade da solução
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Ex.4: Administração de uma
Federação de Futebol
• Administração de campeonatos, seleção nacional,
clubes, transferência de jogadores, etc.
• Sistema imaginário
• Exemplo comum, que pode ser ajustado com
finalidade didática
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Requisitos
• Autonomia dos clubes
– Cada clube opera sua própria administração,
treinamento, escala de jogos e jogadores, etc.
• Necessidade de integração para:
– o registro de jogadores na federação de futebol
– requisitar jogadores para a seleção nacional
– combinar a escala de jogos do campeonato
• Heterogeneidade
– Diferentes máquinas (Windows, Linux, etc.)
– Diferentes linguagens de programação
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Requisitos de Sistemas
Distribuídos
Requisitos Gerais
• Integração de componentes
– Componentes novos, implementados com a mais
moderna tecnologia
– Componentes de prateleira (COTS), que não
podem ser modificados
– Componentes legados, sem a necessidade de
uma re-engenharia
• Heterogeneidade
– Plataformas de hardware, sistemas operacionais,
linguagens de programação e redes
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Requisitos Comuns
Qual o objetivo da construção de um
sistema distribuído?
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Compartilhamento de Recursos
Abertura
Concorrência
Escalabilidade
Tolerância a Falhas
Transparência
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Compartilhamento de Recursos
• Habilidade de usar qualquer hardware,
software ou dados em qualquer lugar do
sistema
• Gerenciador de recursos
– Controla o acesso aos recursos
– Provê um esquema de nomes para os recursos
– Controla acessos concorrentes aos recursos
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Compartilhamento de Recursos (2)
• Modelo de compartilhamento
– Cliente / Servidor
– Baseado em objetos
• Define:
– a forma pela qual recursos são providos
– formas de uso dos recursos
– como o provedor do recurso e os usuários
interagem entre si e com o gerenciador
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Abertura
• Relacionada com futuras extensões e melhorias
que um sistema distribuído pode sofrer
• Novos componentes precisam ser integrados,
juntamente com componentes existentes (legados)
– Provenientes de diversas fontes
– Usando diferentes tecnologias
• Necessário publicar interfaces detalhadas dos
componentes
• Diferenças de representação de dados precisam ser
resolvidas (para uma troca de informações efetiva)
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Concorrência
• Em um sistema distribuído, componentes
são executados em paralelo
– Em processos ou máquinas diferentes
• Componentes acessam e atualizam recursos
compartilhados (variáveis, bancos de dados)
• A integridade do sistema pode ser violada
se atualizações concorrences não forem
coordenadas
– Atualizações podem ser perdidas (sobrescritas)
– Análise de dados pode ficar inconsistente
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Escalabilidade
• Adaptação de sistemas distribuídos para
– Acomodar mais usuários
– Obter um tempo de resposta mais rápido
• Usualmente através da adição de mais
processadores
• Componentes não devem necessitar ser
alterados quando a escala do sistema cresce
Componentes devem ser projetados para
serem escaláveis
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Tolerância a Falhas
• Hardware, software e redes podem falhar!
• Um sistema distribuído deve manter sua
disponibilidade mesmo em baixos níveis de
confiabilidade do hardware/software/rede
• Tolerância a falhas pode ser obtida com:
– técnicas de recuperação
– redundância
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Transparência em
Sistemas Distribuídos
Transparência
• Um sistema distribuído deve ser percebido
por seus usuários e pelos programadores de
aplicações como um sistema único e coeso
– ao invés de uma coleção de máquinas separadas
• Várias dimensões de transparência
identificadas pelo modelo ISO RM-ODP
– Modelo de Referência para Sistemas
Distribuídos Abertos
• Representam as diversas propriedades que
um sistema distribuído deve possuir
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Transparências de Distribuição
Scalability
Transparency
Performance
Transparency
Failure
Transparency
Migration
Transparency
Replication
Transparency
Concurrency
Transparency
Access
Transparency
Location
Transparency
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Transparência de Acesso
• Permite que objetos e informações remotas
sejam acessados usando operações idênticas
• Mascara as diferentes formas de acesso
empregadas por cada tecnologia utilizada
• Exemplos:
– Operações de acesso a um sistema de arquivos
distribuído com NFS (Network File System)
– Navegação na WEB
– Consultas em SQL
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Transparência de Localização
• Permite que objetos e informações sejam
acessados sem o conhecimento de sua
localização
• Exemplos:
– Arquivos acessados via NFS
– Páginas na WEB (*)
– Tabelas em um banco de dados distribuído
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Transparência de Concorrência
• Permite que vários processos operem
concorrentemente usando objetos de
informação compartilhados sem interferirem
entre si
• Exemplos:
– NFS
– Caixa eletrônico
– Sistema gerenciador de bancos de dados (SGBD)
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Transparência de Replicação
• Permite que múltiplas instâncias de objetos
de informação sejam usados para melhorar
o desempenho e a confiabilidade
• Sem que os usuários ou programadores de
aplicações tomem conhecimento da
existência das réplicas
• Exemplos:
– SGBD distribuído
– Espelhamento de páginas WEB
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Transparência de Falhas
• Mascara a ocorrência de falhas
• Permite que usuários e aplicações
completem suas tarefas normalmente a
despeito de falhas em alguns componentes
do sistema
• Exemplo:
– Transações em um SGBD
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Transparência de Migração
• Permite a movimentação de um objeto dentro do
sistema distribuído sem afetar as operações dos
usuários ou dos programas de aplicação
• Duas variantes:
– Migração propriamente dita: com relação ao objeto
migrado
– Relocação: com relação a outros objetos no sistema
• Exemplos:
– NFS
– Páginas WEB
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Transparência de Desempenho
• Permite que o sistema distribuído seja
reconfigurado para melhorar o desempenho
para refletir mudanças na carga de
processamento
• Através de replicação e migração
• Exemplo:
– Utilitário make distribuído
• Programa é compilado em várias máquinas em
paralelo, transparentemente para o usuário
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Transparência de Escala
• Permite que o sistema e as aplicações
possam ser expandidos em escala sem a
necessidade de mudanças em sua estrutura
ou nos algoritmos utilizados
• Exemplo:
– WWW
– Bancos de dados distribuídos
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Pontos-Chave
• O que é um Sistema Distribuído
• Adoção de sistemas distribuídos é regida
por requisitos não-funcionais
• Necessidades de distribuição são
transparentes aos usuários e projetistas de
aplicações
• Várias dimensões de transparência
• Dimensões de transparência dependem
entre si
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