Sistemas Distribuídos. Fundamentos. Nazareno Andrade. Universidade Federal de Campina Grande 02/2008

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1 Sistemas Distribuídos Fundamentos Nazareno Andrade Universidade Federal de Campina Grande 02/2008

2 Fundamentos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos 2

3 Fundamentos O que são sistemas distribuídos Para que distribuímos sistemas Referências de sistemas distribuídos Vocabulário sobre sistemas distribuídos Arquiteturas de sistemas distribuídos Modelos de sistemas distribuídos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos 3

4 Objetivos Idéia clara do que são sistemas distribuídos Propósito Vantagens & desvantagens Repertório de sistemas Visão de questões de projeto 4

5 Que sistemas distribuídos nós usamos? 5

6 O que éum sistema distribuído? 6

7 Em comum: Componentes independentes Canais de comunicação Imagem única Hardware independente + software unificando 7

8 Conjunto de computadores independentes que se apresenta a seus usuários como um sistema único e coerente - Tanenbaum Sistema em que componentes de hardware e software localizados em diferentes computadores interconectados se comunicam e coordenam suas ações trocando mensagens CDK Sistema onde você não consegue trabalhar por causa de uma falha em um computador que você nunca viu Lamport 8

9 Por que sistemas distribuídos? Compartilhamento Documentos, impressoras, telescópios,... Escalabilidade Mais carga Mais recursos Custo x benefício Um PC: dinheiro em dobro desempenho em dobro Robustez Redundância Limitações da Física Corpos se movem Corpos não se movem rápido o suficiente 9

10 E nós, projetistas? Concorrência Canais de comunicação Falhas parciais Descoberta de recursos Coordenação 10

11 Fundamentos O que são sistemas distribuídos Para que distribuímos sistemas Referências de sistemas distribuídos Vocabulário sobre sistemas distribuídos Arquiteturas de sistemas distribuídos Modelos de sistemas distribuídos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos 11

12 Sistemas de arquivos distribuídos: NFS Compartilhar arquivos, compartilhar um servidor 12

13 Web Google LSD nazareno xpto.html Compartilhamento de documentos (ao menos inicialmente) Navegadores e servidores HTTP 13

14 Sistemas N-camadas Apresentação Lógica Banco de dados Amazon, Google e quase todo e-commerce que você vir poraí... Tecnologia popular: LAMP -Linux, Apache, MySQL, Perl/PHP/Python 14

15 Computação paralela: clusters Alta performance, computação paralela Processamento numérico, processamento de dados,... Tecnologias: PBS, Bewuolf, MapReduce, Hadoop 15

16 Computação paralela: grids/grades Domínios administrativos Alto desempenho, plataforma mais ampla, compartilhamento Tecnologias: Globus, Condor, OurGrid 16

17 Computação entre-pares, peer-to-peer Compartilhamento, bordas da rede Gnutella, Kazaa, BitTorrent, Skype, MSN,... 17

18 Computação pervasiva / ubíqua Computadores estão em todo lugar, e conectados Celulares, carros, marcapassos,... 18

19 Imagem única transparência 19

20 Fornecendo uma imagem única Transparência Acesso Localização Migração Relocação Replicação Concorrência Falha O que é Escondemos se recursos são remotos Escondemos onde eles estão Escondemos se eles mudam de máquina Escondemos se eles se movem Escondemos redundância Escondemos compartilhamento Escondemos falhas 20

21 Embora isso não seja tão simples Heterogeneidade Plataforma, clientes, conexões Sistemas abertos Diversas implementações de clientes Segurança Nos componentes, nas comunicações, DoS Escalabilidade Evitar gargalos Tolerância a Falhas Componentes devem lidar com falhas dos demais Concorrência Concorrência éa norma 21

22 Alguns princípios de projeto de SD 22

23 Transparência Transparência para programa, usuário ou programador? Envolve ao menos: Nomeslógicos Réplicas têm mesmo nome lógico Exclusão mútua distribuída Lembram de SO? Eficiência na comunicação Transparência é um contínuo, e não binário Transparência limitada pode ser necessária ou útil A Física impõe limites O usuário pode entender melhor o que está acontecendo 23

24 Desempenho Medido através de métricas: Vazão (throughput) Tempo de resposta (response time, makespan) Latência Utilização dos recursos (nem sempre são independentes...) O custo da comunicação em geral é importante 24

25 Desempenho e comunicação Em geral, queremos minimizar comunicação Overhead de comunicação >> outros overheads Canais são recurso mais escasso no sistema Comunicação == tamanho e freqüência de mensagens Granulosidade do paralelismo (parallelism granularity) Fine granularity grãos pequenos comunicação freqüente Coarse granularity grãos grandes comunicação infreqüente 25

26 Escalabilidade Existem SDs em 2, 10 e 10^6 computadores Google, Amazon EC2, Skype,... Métodos para construir sistemas pequenos podem não valer para outras escalas Escalabilidade == É possível alterar a escala do sistema Quantidade de usuários ou recursos (custo x benefício) Escala geográfica Manter o sistema gerenciável a medida que cresce Em geral depende de não haver gargalos descentralização 26

27 Escalabilidade: por que não ésimples Escalabilidade Descentralização Descentralização Complexidade Princípios de algoritmos descentralizados escaláveis: Nenhum componente tem informação sobre todo o sistema Componentes tomam decisões baseadas em informações locais Falhas parciais não inviabilizam resultado Não háum relógio global único Há aproximações bem imperfeitas, como o NTP 27

28 Maissobreescalabilidadee o mundoreal Duas lições recentes 1. Quandoa escalaégrande o suficiente, qualquer coisa acontece Mensagens de controle corrompidas na Amazon e no PlanetLab 2. Ações coordenadas de componentes podem ser catastróficas Problema do Skype em

29 Heterogeneidade Hardware independente Configurações independentes Como sempre: níveis de indireção Neste caso, middleware 29

30 Confiabilidade Confiabilidade = disponibilidade + integridade + segurança Um sistemadistribuídopodesermaisconfiávelque um monolítico Tolerância a falhas parciais Um sistema distribuído não é necessariamente mais confiável Falhas independentes? Segurança agora de diversos pontos Integridade mais complexa Como resolver tudo isso? Neste curso! 30

31 Recapitulando Transparência Desempenho Escalabilidade Heterogeneidade Confiabilidade Vamos usar bastante isso durante o curso... 31

32 Ciladas em projetos de SD 32

33 Não assuma que A rede éconfiável A rede ésegura A rede éhomogênea A topologia da rede não muda A latência ézero A largura de banda éinfinita O overhead de transporte é zero Há um só administrador 33

34 Fim da introdução 34

35 Recapitulando... O que são sistemas distribuídos Por que distribuir um sistema Visão geral dos tipos de sistemas distribuídos Objetivos comuns no projeto de sistemas distribuídos Desafios particulares nesse projeto O que não assumir Em resumo: o que sistemas distribuídos têm de particular 35

36 Mais sobre esse assunto End-to-end arguments in computer design Onde devem ficar as funcionalidades? A note on distributed computing Quão transparente deve ser a distribuição para o programador? 36

37 Cenas do próximo capítulo Quais as formas de dividir responsabilidades em um SD? Qualo espaço de projeto? Centralizado, descentralizado, peer-to-peer, híbridos... Como estudamos um sistema distribuído analiticamente? Modelos, dimensões úteis de SDs, resultados... 37

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