Sistemas Distribuídos

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1 Sistemas Distribuídos LICENCIATURA EM COMPUTAÇÃO Prof. Adriano Avelar Site:

2 O que veremos hoje... Evolução Histórica Motivação Conceitos Características Vantagens/desvantagens Desafios Exemplos

3 Evolução histórica Computadores iniciais: caros e grandes execução por um operador: setup do job (carregar cartões), executar programa, imprimir resultado Anos 50 e 60: batching, spooling, multiprogramação batching: juntar jobs semelhantes para processamento spooling: sobreposição de I/O e CPU multiprogramação: diversos programas sendo executados concorrentemente pela CPU Objetivo: otimizar a utilização da CPU

4 Evolução histórica Não existia a interação entre usuário e computador alto custo para processos interativos: depuração Início dos anos 60: sistemas de time sharing utilização de diversos terminais burros conectados a um computador impressão de um computador por usuário tarefas principais/comuns são executadas pelo computador principal desenvolvimento dos minicomputadores: menores e mais rápidos! 1o. passo na direção dos sistemas distribuídos! compartilhamento de recursos acesso remoto Terminais e computador muito próximos

5 Evolução histórica Final dos anos 60 e início dos anos 70: surgimento das redes de computadores e do sistema operacional UNIX Ethernet Xerox Palo Alto (1973): Local Area Network permitiu interligar mais computadores a distâncias maiores usando uma velocidade maior (e.g. rede de computadores de um prédio) ARPANet (1969): Wide Area Network interligação entre computadores localizados dispersamente (cidades e/ou países diferentes)

6 Evolução Histórica Final dos anos 70: protocolo TCP/IP definição de padrão para comunicação entre computadores Início dos anos 80: microprocessadores e estações de trabalho redução do custo (em relação aos mainframes) Final dos anos 80: estações de trabalho ligadas em rede diversos serviços para comunicação entre pessoas/máquinas FTP, TELNET, MAIL

7 Motivação Avanços em microeletrônica processadores mais rápidos e baratos Avanços em comunicações redes mais eficientes e confiáveis Popularidade das redes de computadores redes de telefones celulares, redes corporativas, redes caseiras redes de computadores de alta velocidade (ADSL, Fibra Óptica)

8 Motivação Relação custo/desempenho melhor utilizar diversos processadores interconectados do que um único computador centralizado Compartilhamento de recursos Componentes de HW (disco, impressora) SW (arquivos, bases de dados, programas) Outros (vídeo, áudio)

9 Motivação Vamos começar com um exemplo: Calculadora

10 Motivação Do ponto de vista de programação... Programa Java (Cliente) Programa Java (Implementação)

11 Motivação Das boas práticas de programação... Programa Java (Cliente) usa Programa Java (Interface) Implementa Programa Java (Implementação)

12 Motivação Implementação da Interface

13 Motivação Implementação da Calculadora Programa Java (Implementação)

14 Motivação Implementação do Cliente

15 Motivação Vamos mudar radicalmente este cenário... <<Rede local doméstica>> ufra.edu.br Internet Cliente Implementação Cliente e Implementação encontram-se em máquinas diferentes.

16 Motivação <<Rede local doméstica>> ufra.edu.br Internet

17 Sistemas Distribuídos Rede de Computadores Rede local doméstica ufra.edu.br Internet Cliente Implementação Sistemas Distribuídos

18 Redes de Computadores Coleção de computadores autônomos interconectados através de um meio físico.

19 Organização em camadas

20 Pilha TCP/IP

21 Pilha de protocolos da Internet

22 Comunicação Lógica

23 Comunicação Física

24 Sistema Distribuído

25 Conceitos O que é um Sistema Distribuído? Um sistema distribuído é uma coleção de computadores independentes que parecem um sistema único para o usuário [Tanenbaum]. É um sistema onde os componentes de HW e SW, localizados em computadores interligados por uma rede, comunicam e coordenam suas ações somente através de troca de mensagens [Coulouris]. Dois aspectos: Hardware: autonomia Software: sistema único

26 Características Processos são executados concorrentemente no sistema distribuído não existe um controle global! processos usam troca de mensagens para coordenar suas ações Inexistência de relógio global noção de tempo global é importante na coordenação de processos sincronização de relógios possui um limite de precisão

27 Características Falhas independentes a falha de um dos componentes (rede, máquinas, programas) do sistema distribuído não implica na falha do sistema como um todo.

28 Desafios na Construção de SD Heterogeneidade Sistemas Aberto Segurança Escalabilidade Tratamento de Falhas Concorrência Transparência

29 Heterogeneidade Os SD devem ser construídos a partir de uma variedade de redes, sistemas operacionais, hardware e linguagens de programação diferentes. Redes Ethernet, WLAN, WiMAX, LTE Linux, Windows XP, Windows 8, Mac Celular, Tablet, PC X86, x64, ARM C, C++, JAVA

30 Sistemas Abertos Publicar as interfaces dos SD permite seu uso por outros sistemas.

31 Segurança A heterogeneidade dos sistemas distribuídos dificulta o gerenciamento da segurança. Em SD é preciso garantir pelo menos: Confidencialidade Informação apenas aos autorizados Integridade Garantir que a informação não foi alterada Disponibilidade Garantir que o serviço esteja sempre disponível.

32 Escalabilidade Um sistema é descrito como escalável se permanece eficiente quando há um aumento significativo no número de recursos e no número de usuários. Exemplo: da ARPANET à Internet das Coisas.

33 Tratamento de Falhas Detecção Nem todas as falhas em SD são facilmente detectadas. Sistemas remoto danificado. Mascaramento Ocultamento de falhas menos sérias Tolerância Mensagens não recebidas. Solução: retransmissão. Nem tudo pode ser mascarado. Recuperação Navegador não consegue conexão. Erro 404 Envolve armazenar estados anteriores dos dados para recuperação. Redundância A tolerância à falhas pode ser alcançada usando redundância. Replicação de dados em rede P2P.

34 Concorrência O mesmo serviço em um ambiente distribuído pode ser compartilhado por vários clientes. Listão online do vestibular. As operações em um SD devem ser sincronizadas de tal maneira que seus dados permaneçam consistentes.

35 Transparência Transparência de Localização Transparência de Acesso Transparência de Falhas Transparência de Tecnologia Transparência de Concorrência

36 Transparência de Localização O cliente não precisa saber a localização física (ex. IP) do servidor para acessálo Cliente Servidor 1 Servidor 2

37 Transparência de Acesso O Cliente acessa a calculadora localmente ou remotamente da mesma forma.

38 Transparência de Falhas Cliente não sabe da falha da calculadora.

39 Transparência de Tecnologia A heterogeneidade de tecnologia é transparente ao usuário (rede, SO, hardware, linguagem de programação)

40 Transparência de Concorrência Usuários compartilham componentes sem saber

41 Como os componentes se Comunicam? Orientada a mensagem Parecida com mandar um recado Transmissor-Receptor Orientada à solicitação (Request/Reply) Parecida com Fazer um pedido Cliente-Servidor

42 Como os componentes se comunicam?

43 Como os componentes se comunicam? Síncrona: Quando um envio é feito, o processo remetente é bloqueado até que a recepção correspondente seja realizada Assíncrona: Receptor/transmissor pode encaminhar quantas mensagens ele quiser, desde que a mensagem anterior seja entregue, ele não necessita de uma resposta.

44 Vantagens da Distribuição Economia Custo servidor >>> Custo PCs

45 Vantagens da Distribuição Aumento da Disponibilidade

46 Vantagens da Distribuição Aumento do Desempenho 2 * Memória 2 * HD 2 * Processador

47 Vantagens da Distribuição Escalabilidade

48 Bom, as desvantagens... Mais componentes, mais fontes de falhas Mais componentes, maior necessidade de tratar falhas Mais dificuldade em manter a consistência Maior a distribuição geográfica, mais heterogeneidade Mais componentes, maior distribuição geográfica, mais problemas de segurança

49 A complexidade da distribuição deve ser transparente (invisível) ao programador da aplicação distribuída.

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