Metas de um Sistema Distribuído

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1 Metas de um Sistema Distribuído Sistemas Distribuídos Mauro Lopes Carvalho Silva Professor EBTT DAI Departamento de Informática Campus Monte Castelo Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão

2 Objetivos Nesta aula iremos apresentar as metas de um Sistema Distribuído. De forma simples, a meta básica é prover acesso a recursos de forma transparente, no entanto vamos aprofundar de que forma isto pode ser realizado. Serão abordados aqui as metas: Abertura, Transparência e Escalabilidade em Sistemas Distribuídos.

3 Plano de Aula Metas de um Sistema Distribuído Introdução Abertura Transparência Escalabilidade

4 Introdução Um Sistema Distribuído tem como meta principal facilitar o acesso do usuário a recursos remotos e compartilhar estes recursos com outros usuários de forma controlada; Meta importante de um SD é esconder o fato de que seus processos e recursos estão fisicamente distribuídos através de vários computadores (Transparência); Outra meta importante é a Abertura. Um SD aberto é um sistema que oferece serviços de acordo com regras padrões; Outra meta importante é a capacidade de crescimento do sistema (Escalabilidade).

5 Abertura em Sistemas Distribuídos Diz-se que um sistema computacional é aberto se ele pode ser estendido e reimplementado de várias maneiras; Um Sistemas Distribuído aberto esta relacionado ao grau com que novos serviços podem ser adicionados e disponibilizados para uso por uma variedade de programas clientes; Importante: A especificação e a documentação das principais interfaces de software dos componentes de um sistema estão disponíveis para os desenvolvedores de softwares.

6 Abertura em Sistemas Distribuídos Você já ouviu falar em RFC? Você já ouviu falar em OMG? Os Sistemas Distribuídos projetados a partir de padrões públicos são chamados de sistemas distribuídos abertos, para reforçar o fato de que eles são extensíveis; Eles podem ser ampliados em nível de: hardware (adição de computadores a rede, p.ex); software (adição de novos serviços ou reimplementação dos antigos).

7 Abertura em Sistemas Distribuídos De forma resumida: A Abertura é uma característica que determina se um sistema pode ser estendido de diferentes maneiras; Hardware: Inclusão de dispositivos de fabricantes distintos; Software Módulos de SO Protocolos de Comunicação Recursos compartilhados Imaginem então os vários componentes de hardware e software de variados fabricantes. Como na prática todos estes componentes trabalham?

8 Abertura em Sistemas Distribuídos Interoperabilidade : Define até que ponto duas implementações de sistemas ou componentes de fornecedores diferentes devem coexistir e trabalhar em conjunto, com base na confiança mútua nos serviços de cada um, especificados por um padrão comum ; Capacidade de um sistema (informatizado ou não) de se comunicar de forma transparente (ou o mais próximo disso) com outro sistema (semelhante ou não).

9 Abertura em Sistemas Distribuídos Portabilidade: Caracteriza até que ponto uma aplicação desenvolvida para um sistema distribuído A pode ser executada, SEM MODIFICAÇÃO, em um sistema distribuído B que implementa as mesmas interfaces que A ; Habilidade de reusar um código existente ao invés de refazê-lo quando este é movido de um ambiente para outro.

10 Abertura em Sistemas Distribuídos De forma resumida: Os sistemas abertos são caracterizados pelo fato de suas principais interfaces serem publicadas; Os sistemas distribuídos abertos são baseados na estipulação de um mecanismo de comunicação uniforme e em interfaces publicadas para acesso aos recursos compartilhados; Os sistemas distribuídos abertos podem ser constituídos a partir de hardware e software heterogêneo, possivelmente de diferentes fornecedores. Para que um sistema funcione corretamente, a compatibilidade deve ser cuidadosamente testada e verificada.

11 Abertura em Sistemas Distribuídos

12 Abertura em Sistemas Distribuídos IMPORTANTE: PADRONIZAÇÃO!!!!!

13 Transparência em Sistemas Distribuídos Uma das principais necessidades dos Sistemas Distribuídos é tornar o ambiente de rede invisível provendo a visão de um ambiente único para o usuário; A transparência é definida como sendo a ocultação, para um usuário final ou para um programador de aplicativos, da separação dos componentes em um sistema distribuído de modo que o sistema seja percebido como um todo, em vez de uma coleção de componentes independentes.

14 Transparência em Sistemas Distribuídos A ANSA e o RM-ODP definem 8 formas de transparência. Descrição Falta uma, Escalabilidade veremos ela de forma individual, não somente a transparência!!!

15 Transparência em Sistemas Distribuídos - Acesso Permite que recursos locais e remotos sejam acessados com uso de operações idênticas; Ocultar diferenças entre arquiteturas de máquinas; Mais importante: Acordo sobre como os dados devem ser representados; Exemplo: Imaginamos diferentes máquinas com diferentes SOs, como seria a nomeação de arquivos. Como estas máquinas entendem os tipos de dados em uma aplicação?

16 Transparência em Sistemas Distribuídos - Localização Permite que recursos sejam acessados sem conhecimento de sua localização física ou na rede; Usuários não são capazes de dizer a localização física do recurso; Nomeação: nome não dá pistas da localização física de um dos servidores google?

17 Transparência em Sistemas Distribuídos - Migração Permite a movimentação de recursos e clientes dentro de um sistema sem afetar a operação de usuários e programas; Recursos podem migrar de uma localidade para outra, por questões de desempenho, segurança, etc; Esta ação deve ser feita de forma automática pelo sistema; O objeto deve manter o mesmo nome; Deve garantir a continuidade de comunicação. O objeto não sabe que mudou de lugar!!!

18 Transparência em Sistemas Distribuídos - Relocação Oculta do cliente que um recurso possa ser movido para outra localização durante o uso; Exemplos: Celular se movimentando dentro da mesma área de cobertura; Um automóvel passando por várias redes de acesso sem fio, com conexão ininterrupta;

19 Transparência em Sistemas Distribuídos - Replicação Permite que várias instâncias de recursos sejam usadas para aumentar a confiabilidade e o desempenho, sem conhecimento das réplicas por parte dos usuários ou dos programadores de aplicativos; O conhecimento das réplicas por parte dos usuários deve ser mascarado; Relação com a transparência de localização; Perigoso: Problemas de consistência

20 Transparência em Sistemas Distribuídos - Concorrência Permite que vários processos operem concorrentemente, usando recursos compartilhados sem interferência entre eles; Compartilhamento competitivo de recursos: Deve-se garantir a consistência; Criar travas de acesso; Tratamento mais refinado: uso de transações;

21 Transparência em Sistemas Distribuídos - Falhas Permite a ocultação de falhas, possibilitando que usuários e programas aplicativos concluam suas tarefas, a despeito da falha de componentes de hardware ou software; Usuário não pode perceber que um recurso deixou de funcionar bem; Mascarar falhas é uma das questões mais difíceis!! Recurso morto ou incrivelmente lento? Como saber?

22 Transparência em Sistemas Distribuídos Almejar transparência completa pode ser excessivo: Usuários podem estar em continentes diferentes; Esconder falhas de rede e de nós é (na teoria e na prática) extremamente difícil; Não é possível distinguir entre um computador lento e um falho; Não é possível ter certeza de que um servidor executou uma operação antes de falhar; Transparência total tem custo no desempenho - Exemplos: Mantendo caches Web exatamente atualizados com a cópia principal; Forçando escrita de disco (flush) para tolerância a falhas;

23 Transparência em Sistemas Distribuídos Como funciona o YouTube? Como funciona o DropBox? https://www.dropbox.com/pt_br/help/90 Falhas do Serviço da Google e DropBox

24 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos Um sistema é descrito escalável se permanece eficiente quando há um aumento significativo no número de recursos e no número de usuários. Controlar o custo dos recursos físicos; Controlar a perda de desempenho; Impedir que os recursos de software se esgotem; Evitar gargalos de desempenho.

25 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos A escalabilidade pode ser medida segundo três dimensões: Escalabilidade de tamanho: é fácil adicionar mais usuários e recursos no sistema; Escalabilidade geográfica: usuários e recursos podem estar distantes entre si; Escalabilidade administrativa: é fácil gerenciar, mesmo que abranja muitas organizações administrativas diferentes; Observação: A maioria dos sistemas leva em conta, e até um certo ponto, escalabilidade de tamanho. Hoje em dia, os desafios estão em escalabilidade geográfica e administrativa.

26 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos

27 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos

28 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos Quando um sistema escalável contém essas várias dimensões, muitas vezes apresenta queda de desempenho na medida em que é ampliado. Perigoso: Pensar distribuído em um ambiente centralizado. Conceito Exemplo Serviços Centralizados Dados Centralizados Único servidor para todos os dados Lista telefônica on-line Algoritmos Centralizados Fazer roteamento com base em informações completas

29 Escalabilidade em Sistemas Distribuídos Problemas relacionados a Escalabilidade de tamanho: Ao inserirmos continuamente mais usuários tendemos a chegar a um ponto onde o servidor centralizado atinja seu limite operacional, transformando-se no gargalo do sistema. Mesmo que admitamos que esse servidor tenha capacidade de processamento e de armazenagem ilimitadas, ainda assim sofrerá restrições devido a sua capacidade de comunicação ser limitada.

30 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Ocultar latência de comunicação; Distribuição; Replicação.

31 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Ocultar latência de comunicação: A ideia central é simples: evita-se esperar por respostas a requisições remotas (e lentas). Uma requisição a uma máquina remota fica pendente, enquanto esta é liberada para continuar executando trabalhos úteis ao lado requisitante.

32 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Ocultar latência de comunicação: Evitar esperar por respostas; fazer outra coisa: Usar comunicação assíncrona; Ter um tratador separado para respostas/solicitações que cheguem; Problema: nem toda aplicação se encaixa nesse modelo.

33 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Distribuição: A ideia é distribuir entre vários computadores os serviços e dados. Decompondo os componentes em partes menores, que por sua vez são distribuídas por todo o sistema distribuído. O espaço de nomes do DNS é organizado em hierarquia em uma árvore de domínios, dividida em zonas de superposição em acordo com a figura. Assim, nenhum servidor prestará todos os serviços nem possuirá todos os dados, portanto se um servidor falhar, nem tudo está perdido.

34 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Distribuição: Particionar dados e computações entre múltiplas máquinas: Mover computações para os clientes (AJAX); Serviços de distribuição de nomes descentralizados (DNS); Serviços de informação descentralizados (WWW)

35 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Replicação/caching: Aumenta a disponibilidade dos serviços e melhora o balanceamento de carga no sistema, resultando na melhoria do desempenho ; Caching é uma forma de replicação geralmente controlada pelo cliente. A existência de várias cópias pode levar a problemas de consistência; Se for necessário ter garantias fortes de consistência tem de se atualizar as cópias imediatamente.

36 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Replicação/caching: Fazer cópias de dados em máquinas distintas: Servidores de arquivos e bancos de dados replicados; Sites Web espelhados; Caches Web (em navegadores e proxies [HTTP caching proxy]); Cache de arquivos (no servidor e no cliente);

37 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Algoritmos Descentralizados Características dos algoritmos 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.

38 Técnicas para aplicar a Escalabilidade em SD Aplicar técnicas de escalabilidade é relativamente fácil, exceto por: A existência de múltiplas cópias (por exemplo, caches replicados) pode levar a inconsistências: alteração de uma cópia a faz distinta das demais; Manter cópias sempre consistentes de maneira geral requer sincronização global para cada modificação; Sincronização global dificulta escalabilidade. Observação Se podemos tolerar inconsistências, podemos reduzir a necessidade de sincronização global, mas tolerar inconsistências é dependente da aplicação.

39 Dúvidas Página do Professor Mauro:

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