SISTEMAS DISTRIBUÍDOS. CAPÍTULO 4 COMUNICAÇÃO Slides cedidos pela professora Aline Nascimento e do livro texto

Transcrição

1 SISTEMAS DISTRIBUÍDOS CAPÍTULO 4 COMUNICAÇÃO Slides cedidos pela professora Aline Nascimento e do livro texto

2 MIDDLEWARE ORIENTADO A MENSAGEM (MOM) Serviços de middleware orientados a mensagem conhecidos como sistemas de enfileiramento de mensagens Proporciona comunicação assíncrona persistente Oferecem capacidade de armazenamento de médio prazo para mensagens, sem exigir que o remetente ou receptor estejam ativos durante a transmissão da mensagem Nesses sistemas a tolerância para envio e recepção têm permissão de levar minutos ao invés de segundos ou milissegundos.

3 MIDDLEWARE ORIENTADO A MENSAGEM (MOM) A ideia básica é que aplicações se comunicam inserindo mensagens em filas específicas Em geral, o remetente só tem a garantia que, a certa altura, sua mensagem será inserida na fila do receptor Não há garantias de QUANDO ou SE a mensagem será lida pelo receptor Comunicação fracamente acoplada em relação ao tempo Não há necessidade do receptor estar em execução quando uma mensagem for enviada para sua fila

4 MIDDLEWARE ORIENTADO A MENSAGEM (MOM) Como funciona? 1. Aplicações se comunicam inserindo mensagens em filas especificas 2. Mensagens são repassadas por uma série de servidores de comunicação 3. Mensagens são entregues ao destinatário, mesmo que ele não esteja em funcionamento quando a mensagem foi enviada Remetente e Receptor podem executar em completa independência

5 MIDDLEWARE ORIENTADO A MENSAGEM (MOM) Cada aplicação tem sua fila particular para a qual outras aplicações podem enviar mensagens Tão logo uma mensagem tenha sido depositada em uma fila, ali permanecerá até ser removida, independentemente de seu remetente ou receptor estar em execução

6 MOM SITUAÇÕES DE FILA

7 MIDDLEWARE ORIENTADO A MENSAGEM (MOM) Mensagens podem conter qualquer tipo de dado Mensagens devem ser adequadamente endereçadas O endereçamento é feito com o fornecimento de um nome exclusivo da fila destinatária no âmbito do sistema A interface básica oferecida para as aplicações pode ser extremamente simples

8 MOM PRIMITIVAS BÁSICAS

9 MOM ARQUITETURA GERAL Fila de Fonte Fila de Destino Gerenciadores de Fila

10 MOM ARQUITETURA GERAL Fila de Fonte: Fila na qual o remetente envia a mensagem Estas filas são filas locais do remetente Mensagens só podem ser colocadas em filas locais do remetente, na mesma máquina ou em uma máquina na mesma LAN Fila de Destino: Uma mensagem colocada em uma fila contém a especificação de uma fila de destino para a qual ela deve ser transferida Um conjunto de filas é distribuído por várias máquinas Para distribuir mensagens o sistema de enfileiramento deve manter um mapeamento de filas para localizações de rede

11 MOM ARQUITETURA GERAL Gerenciadores de Fila: Um gerenciador de fila interage diretamente com a aplicação que está enviando ou recebendo uma mensagem Sistema de enfileiramento de mensagens pode crescer até uma rede de sobreposição (overlay) nível de aplicação

12 MOM ARQUITETURA GERAL A fila de destino deve ser endereçada por endereço lógico O endereço lógico é traduzido por tabelas Tabelas têm que ser mantidas de forma eficiente: uso de roteadores

13 MOM - BROKERS O conjunto de aplicações que compõem o SD pode ter alta diversidade mensagens enviadas entre remetente e receptor podem ter formatos diferentes Brokers são responsáveis por converter mensagens de modo que elas sejam entendidas pela aplicação destinatária O mais comum é usar um broker de mensagens para integração avançada de aplicações O broker também é responsável por combinar aplicações com base nas mensagens que são trocadas publicar/subescrever

14 MOM - BROKERS Broker pode só trocar o delimitador de fim de dados de registros Pode ter um plugin para converter mensagens de um protocolo para outro Além de converter, pode fazer o casamento das aplicações (publish/subscriber)

15 MOM - BROKERS Modelo publisher/subscriber Aplicações enviam mensagens na forma de publicar Exemplo: Aplicações podem publicar uma mensagem sobre o tópico X A mensagem é enviada ao broker Aplicações que declararam seu interesse no tópico X (assinaram), as receberão do broker No centro de um broker encontra-se um repositório de regras e programas o problema é definir as regras e desenvolver os programas

16 MOM Exemplo de aplicação: Consulta em vários bancos de dados diferentes Exemplos de MOM IBM s Websphere Advanced Message Queuing Protocol

17 COMUNICAÇÃO MULTICAST Trata sobre como enviar informações a múltiplos destinos Com P2P e redes de sobreposição, tornou-se uma tarefa mais fácil estabelecer caminhos de comunicação Como as soluções P2P costumam ser empregadas na camada de aplicação são apresentadas várias técnicas de multicast no nível de aplicação Ideia Básica Nós se organizam em uma rede de sobreposição (overlay) que é usada para disseminar informações para seus membros

18 MULTICASTING DE NÍVEL DE APLICAÇÃO Uma questão crucial é a construção da rede de sobreposição Os nós podem se organizar em uma Árvore Exsite um único caminho entre cada par de nós Os nós podem se organizar em uma Malha Cada no terá vários vizinhos Em geral, existem vários caminhos entre cada par de nós Oferece maior robustez

19 COMUNICAÇÃO MULTICAST Problema decorrente do uso de rede de sobreposição para implementar multicast construir árvore eficiente! Trocar (B,E) e (D,E) por (A,E) e (C,E) seria mais eficiente

20 QUALIDADE DA ESTRUTURA A qualidade de uma árvore multicast é medida por três parâmetros diferentes: Estresse de enlace, Alongamento e Custo da árvore Custo da árvore: Parâmetro de medição global Relacionado com a minimização dos custos agregados de enlaces Exemplo: se o custo for o atraso entre dois nós finais otimizar o custo significa achar a spanning tree mínima

21 QUALIDADE DA ESTRUTURA Alongamento - Penalidade de atraso relativo: Razão entre o atraso entre dois nós na rede de sobreposição e o atraso que esses dois nos sofreriam na rede subjacente Exemplo: mensagens de B a C possuem No overlay um atraso de 73: B Rb Ra Re E Re Rc Rd D Rd Rc C Na rede subjacente um atraso de 47: B Rb Rd Rc C Alongamento = 1,55 O ideal ao se construir a rede de sobreposição (overlay) é minimizar o alongamento

22 QUALIDADE DA ESTRUTURA Estresse de enlace: Conta quantas vezes uma mensagem atravessa o mesmo enlace Um estresse de enlace maior do que 1 indica que uma mensagem passa pelo mesmo enlace físico mais de uma vez Exemplo: Multicast de uma mensagem partindo de A A mensagem atravessará duas vezes os seguintes enlaces: <B,Rb>, <Ra,Rb>, <E,Re>, <Rc,Rd> e <D,Rd>

23 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Uma técnica cada vez mais importante para se disseminar informações é confiar em um comportamento epidêmico Protocolos epidêmicos propagam informações de forma inspirada na propagação de doenças contagiosas Ideia Básica: Propagar informações rapidamente entre um grande conjunto de nós usando somente informações locais Não há nenhum componente central que coordena a disseminação de informações

24 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Atualizações para um item de dado específico são iniciadas em um único nó, evitando conflito de escrita São considerados três tipos de nós: Infectado: se contiver dados que está disposto a espalhar para outros nós Suscetível: nó que ainda não tenha visto esses dados Removido: nó atualizado que não esta disposto ou capacitado para propagar os dados

25 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Um modelo popular de propagação é o da antientropia Modelo de antientropia Um nó P escolhe aleatoriamente um nó Q e troca informações Existem 3 abordagens para troca de atualizações: 1. P só envia suas próprias atualizações a Q (push) 2. P só recebe novas atualizações de Q (pull) 3. P e Q enviam atualizações um para o outro (push-pull)

26 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Considere uma única fonte, propagando sua atualização. Seja p i a probabilidade que um nó ainda não tenha recebido a atualização na i-ésima rodada Com política pull, p i+1 = (p i ) 2 : o nó não foi atualizado na i-ésima rodada e vai contactar um nó ignorante na próxima rodada Com política push, p i+1 = p i.(1-1/(n-1) ) N(1-pi) : o nó não foi atualizado na i-ésima rodada e nenhum nó atualizado vai contact-lo na próxima rodada Com política push-pull: p i+1 = (p i ) 2.p i.(1-1/(n-1) ) N(1-pi) : combinação das duas

27 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO

28 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Modelo de Gossiping Se um nó P acabou de ser atualizado com o item de dado x, ele contata um nó arbitrário Q e tenta enviar a atualização a Q Caso Q já conheça a fofoca, P fica desmotivado e perde o interesse em continuar contando fofocas, então para de enviar atualização com probabilidade p stop Problema: Nós poderão não receber atualizações!

29 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Modelo de Gossiping Com um número grande de nós que participam deste modelo, a fração s de nós não infectados é dada por: ss = ee ( 1 +1) 1 ss pppppppppp

30 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Algoritmos epidêmicos são extremamente bons para a disseminação de atualização de informações Mas propagar a remoção de um item de dado é difícil A remoção de um item de dado destrói todas as informações naquele item Logo, quando um item é removido de um nó, este nó poderá receber cópias velhas do item de dado interpretará como atualizações A solução é manter um registro da remoção do item

31 DISSEMINAÇÃO DE INFORMAÇÃO Faz a disseminação de um certificado de morte Em algum momento deve parar o envio destes certificados Executa algoritmo global para detectar que todos os nós receberam o certificado e faz uma coleta dos certificados Pode enviar com uma marca de tempo quando certificado é criado e continua a propagação somente durante um tempo finito Alguns nós devem manter o certificado para garantir que todos recebem o certificado