Sistemas Distribuídos Processos I. Prof. MSc. Hugo Souza

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1 Sistemas Distribuídos Processos I Prof. MSc. Hugo Souza

2 Até agora vimos a organização como um todo dos SDS, com o mapeamento estrutural e suas devidas características descritas em elementos, regras, conceitos, etc.; Falamos das arquiteturas de software para sistemas distribuídos e usamos várias vezes o termo operação sem saber seu significado; Mas se pararmos para pensar sobre como funciona a comunicação dentre os diferentes estilos e componentes o mesmo propósito? Para isso estudaremos os papéis dos processos, peças fundamentais para o funcionamento dos SDS;

3 O conceito de seguir passos é importante para vários campos da computação, para gerenciar a distribuição de hardware e software em sistemas de informação; A definição de uma ordem de execução simplifica o fluxo de interação de diferentes componentes sem desvirtuar em que cada um deve cooperar e como desenvolver suas funcionalidades; As operações são programadas de acordo com um ciclo de atividades e responsabilidades conjuntas que correm em paralelo e precisam serem administradas; Tudo isso representa uma escala gradativa de requisições e respostas que sintetizam os chamados processos;

4 Tudo isso é feito utilizando-se de processadores, armazenamento distribuído, redes de altas velocidades, divisão de memória, etc.; Podemos concluir então que: Processos são ações predefinidas que obedecem uma ordem, também predefinida, de operações gerenciáveis que formulam um propósito comum através de uma sequencia de passos e características de fluxo contínuo para todos os componentes;

5 Para o campo software, um processo costuma ser definido como um programa que está em execução por um processador virtual multitarefas; Embora os processos formem blocos individuais para tarefas diversas, a concentração de esforço ainda tornase alta relacionada a granularidade ; Uma solução para desafogar essa dificuldade de concentração foi dividir os processos em partes menores sinalizadas independentes uns dos outros; O conjunto de subprocessos, em uma visão de sistemas operacionais e sistemas distribuídos, gerenciadas por uma ou mais unidades de processamento e controle de entrada e saída de dados é definida comothread;

6 Antes de discutir o papel dos threads em SDS, vejamos sua utilização em sistemas tradicionais. Há vários benefícios por processos multithread que facilitam o desenvolvimento de novas aplicações; Um dos mais importantes vem do fato que em um processo monothread, sempre que for executada uma chamada bloqueadora de sistema, o processo é bloqueado como um todo; Esse ponto destacado está relacionado a chamada dependência das operações, que influi nos demais dados que estejam atrelados ao processo; Imaginem uma lista de nomes desorganizada alfabeticamente e a inclusão do nome José ;

7 Corrigindo o problema de inclusão na lista, poderíamos dividir para conquistar: Uma pessoa verifica o nome do indivíduo; Uma segunda pessoa registra o nome do indivíduo em ordem alfabética; Diferente do que aconteceu antes, temos um multithread de cooperação de tarefas diferentes mas com o objetivo de cadastrar um usuário então: Monothreads: Processos que possuem uma única thread funcional Multithreads: Processos que possuem mais de uma thread funcional;

8 Threads muitas vezes são fornecidos em formas de pacotes. O pacote contém operações básicas para criar e terminar as threads, bem como operações sobre variáveis (sincronização ou exclusão); Não implica dizer um número mínimo ou máximo de threads ou linhas de comando para a síntese do processo e de seu tempo de vida. Há basicamente duas abordagens para a implementação dos pacotes; A primeira é construir uma biblioteca de threads que é inteiramente executada em modo usuário. A segunda é fazer que o núcleo fique ciente dos threads e os escalone;

9 Para as bibliotecas o modelo de administração de threads torna-se mais barato. As operações são mantidas no espaço de endereço do usuário de acordo com a alocação de memória para estabelecer uma pilha de threads; De maneira análoga, terminar uma thread envolve principalmente liberar para a pilha a memória que já não está sendo mais usada; Além disso a facilidade de chaveamento com instruções imperativas (códigos) nos registradores da CPU é simples de ser desenvolvido, principalmente no contexto da sincronia que precisa ser estabelecida; Um exemplo é uma seção de dados compartilhados;

10 S1: Chaveamento de espaço de usuário para espaço de núcleo Processo A Processo B S3: Chaveamento de espaço de núcleo para espaço de usuário Sistema Operacional S2: ChaveamentodecontextodoprocessoA paraoprocessob;

11 Porém uma desvantagem de threads em nível de usuário é que a invocação de uma chamada bloqueadora de sistema bloqueará todo o processo pela qual a thread pertence além de todos as threads; Como já explicamos, as threads são úteis para estruturar grandes aplicações em partes que poderiam ser logicamente executadas em meio tempo. Para isso threads em nível de usuário em nada ajudam; Esses problemas podem ser contornados, em grande parte pela implementação de threads no núcleo do sistema operacional. Todas as operações (criação, encerramento, sincronização, etc.) são executadas pelo núcleo, o que exige uma chamada no sistema;

12 Há também as chamadas formas híbridas que indexam níveis de usuário e núcleo de sistema, em geral denominados de Lightweight Process processos leves; Um LWP executa no contexto de um único processo pesado e pode haver vários outros leves por processo. Além disso, o pacote provê facilidades para a sincronização de threads, como de mútua exclusão ou variáveis de condição; Há várias vantagens do uso de híbridos desde o custo operacional ao problema de acoplamento do processo, onde o segundo é contornado de mais fácil;

13 Uma importante propriedade de threads é que elas podem proporcionar um meio conveniente de permitir chamadas bloqueadoras de sistema sem bloquear o processo interno no qual a thread está executando; Isso facilita em muito seu uso em sistemas distribuídos, uma vez que a expressão de comunicação na forma de manter múltiplas conexões lógicas ao mesmo tempo; Para isso, alguns componentes importantes na configuração de processamento distribuídos giram em torno de como os processos devem se comunicar e se comportarem baseados Clientes e Servidores multithreads (veremos na frente);

14 As threads e os processos podem ser vistos como um modo de fazer muitas coisas ao mesmo tempo. Eles nos permitem construir (pedaços) de programas que parecem ser executados simultaneamente; Como geralmente há somente uma única CPU, só uma instrução de um único thread ou processo será executada por vez. A ilusão do paralelismo é criada pelo chaveamento rápido entre threads e processos; Essa separação entre ter uma única CPU e ser capaz de fingir que há mais delas pode ser estendida também a outros recursos, o que resulta no que denominamos de virtualização de recursos;

15 Essa virtualização é aplicada há décadas, mas conquistou renovado interesse à medidas que os sistemas distribuídos de computação se tornaram complexos; Na prática, os SDS oferecem uma interface de programação comum que intercalam várias partes de um sistema de grande porte para simular situações adversas de processamento; Em sua essência, a virtualização trata-se de estender ou substituir uma interface existente de modo a imitar o comportamento de um outro sistema para identificar compatibilidades ;

16 Programa Interface A Implementação de imitação de A em B Interface B Hardware/Software do sistema B Virtualização: Implementação de interfaces;

17 A virtualização pode ajudar o processamento transportando as interfaces herdadas para novas plataformas e assim, abrindo imediatamente as últimas para grandes classes de programas existentes; Nesse ponto da comunicação, a virtualização pode ajudar em muito relacionado na diversidade de plataformas e máquinas, com o intuito de diminuir o número de dispositivos para que se execute na própria máquina virtual; Há vários modos pelos quais a virtualização pode ser realizada na prática. Para entender as diferenças em os SDS quatro tipos diferentes de interfaces, também em quatro níveis;

18 A primeira interface situa-se entre o hardware e o software consistindo em instruções de máquina que possam ser invocadas por qualquer programa; A segunda, é uma interface entre o hardware e o software consistindo em instruções de máquina que possam ser invocadas somente por programas privilegiados, como um sistema operacional; A terceira, uma interface que consiste em chamadas de sistema como oferecidas por um sistema operacional; A quarta e última consiste da interface que realizada chamadas de bibliotecas caracterizando as Application Programming Interface (APIS);

19 A essência da virtualização é imitar o comportamento dessas interfaces de maneira que seja provida uma montagem similar ideal de uma ou mais APIS de acordo com a seguinte estrutura: Na figura abaixo temos um modelo de máquina virtual com várias instâncias de combinações (aplicação, execução); Aplicação Sistema de Execução Sistema Operacional aaaaaaaa aaaaaaaa a Hardware

20 Pode-se construir um sistema que forneça um conjunto de instruções que possibilitem uma interpretação, mas também poderiam ser emuladas, como acontece na execução de aplicações Windows em plataformas Unix; Neste último caso o emulador terá de imitar o comportamento das chamadas de sistema; Esse tipo de virtualização é denominada de máquina virtual de processo, neste caso, para um único processo; Para mais de um processo, as chamadas exigem a simulação concorrente das instruções, através do esforço da máquina, termo conhecido como Virtual Machine Monitor (VMM);

21 Resumindo, as VMMS, ou VMS como são conhecidas tornam-se a cada dia mais importantes para o contexto de confiabilidade e segurança para os sistemas distribuídos; Como elas (máquinas) permitem isolamento de uma aplicação completa ou parte dela, uma falha ou efeito que prejudique um ou mais processos facilitando a correção e prevenção no futuro; A portabilidade desenvolve novas perspectivas devido ao desacoplamento entre hardware e software permitindo um ambiente completo ser movido de uma máquina para outra;

22 afinal, o que é um SD? Acessem o site no endereço: Próxima aula veremos a segunda parte de Processos II com o modelo cliente-servidor; Dúvidas? Estejam a vontade!