Sistemas Distribuídos na Web. Pedro Ferreira DI - FCUL

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1 Sistemas Distribuídos na Web Pedro Ferreira DI - FCUL

2 Arquitetura da Web Criada por Tim Berners-Lee no CERN de Geneva Propósito: partilha de documentos Desde 1994 mantida pelo World Wide Web Consortium (W3C) Padronização da WWW Atualmente, a Web não serve apenas para partilha de documentos, mas também para aceder, partilhar e compor serviços e aplicações Arquitetura de um sistema Web tradicional: O acesso a um servidor web

3 Arquitetura da Web Alguns tipos de documentos Web. São usualmente codificados como tipos MIME (Multipurpose Internet Mail Exchange) Podem ser embebidos noutros documentos, sendo referidos pelo tipo MIME

4 Arquitetura da Web Problema fundamental da Web: arquitetura básica é estática Acedemos documentos (ficheiros) Solução através de extensões à Web. Primeira extensão: CGI (Common Gateway Interface) Ideia fundamental: servidor delega a geração da resposta a um programa externo Permite gerar páginas dinamicamente a partir dos dados enviados pelo cliente (usualmente recolhidos em formulários) e de bases de dados Arquitetura em três camadas: Servidor Web, Servidor de Aplicação, Base de dados

5 Arquitetura Web Os CGI são processos externos que executam processamento de requisições Para cada requisição é criado um processo Abordagem mais atual: uso de scripts executados do lado do servidor O documento é interpretado pelo servidor. Qualquer script embebido é executado, gerando conteúdo adicional a ser incluído no documento Alguns exemplos de tecnologias deste tipo: JSP, ASP.Net, PHP, Python <html> <head> JSP (JavaServer Pages) <title>hello JSP</title> </head> <body> <% //aqui posso incluir código Java out.println("hello World!"); %> </body> </html> Após execução <html> <head> </head> <body> Hello World! </body> </html> <title>hello JSP</title>

6 Arquitetura Web [ ] Processamento de JSPs, i.e., arquitetura Web do Java Enterprise Edition (o PHP, o ASP, e outros, são mais ou menos similares) HTTP Request Container Web (servidor Web + aplicação) Compilador Java Compilador JSP request HTTP Response Servlet Servlet response Class Loader bytecode JSP Sistema de Ficheiros

7 Nomes na Web [ ] URI: Unified Resource Identifier Dois tipos de URI: URN (UR Name): nome independente da localização URL (UR Location): nome dependente da localização (Atualmente, as diferença entre URNs e URLs são cada vez menos) O formato de uma URI é definido pelo seu esquema (que faz parte do nome na URI) Alguns exemplos

8 HTTP: O protocolo da Web HTTP: Hyper Text Transfer Protocol Protocolo no nível de aplicação que normalmente é usado sobre TCP Centrado em mensagens de texto (mas suporta conteúdo binário) Os clientes enviam pedidos aos servidores Pedidos (métodos) suportados: GET, POST, PUT, HEAD e DELETE HTTP 1.0: cada operação exigia uma conexão TCP [ver (a)] HTTP 1.1: por questões de eficiência, utilizam-se conexões persistentes [ver (b)], usadas para executar várias operações. [ ]

9 RPC na Web: Web Services Originalmente, os clientes Web eram sempre navegadores Web Hoje em dia, isso já não é verdade devido a popularização dos Web Services (WS) De facto, a arquitetura básica dos WS nada mais é que uma concretização de RPC sobre tecnologias Web Alguns padrões fundamentais para WS: WSDL: linguagem de descrição dos Web Services (semelhante a IDL dos RPCs) UDDI: serviço de directoria e nomes onde se armazenam endereços de Web Services SOAP: sintaxe de protocolo centrada em XML SOAP HTTP TCP/IP/ Exemplos de Web Services: Amazon S3, MEO (consultar programação), National Weather Service (previsão do tempo)

10 RPC na Web: Web Services SOAP: Simple Object Access Protocol O SOAP foi projetado sobre a premissa de que as partes comunicantes partilham muito pouco conhecimento daí o uso de XML (extensible Markup Language) Mensagens são enviadas em envelopes SOAP contendo cabeçalho e corpo Comunicação RPC via SOAP pode ser concretizada sobre SMTP ou HTTP Exemplo de mensagem SOAP: [ ] Nome do serviço a acedido Processar mensagens em XML é muito mais lento que processar mensagens binárias. Não há muita vantagem nelas serem texto já que seres humanos não entendem XML. Nome da operação e parâmetro

11 Clientes Web [ ] Os principais clientes Web são os navegadores (browsers) Apresentam os documentos ao utilizador Executam linguagens de scripts (e.g., JavaScript) Podem ser estendidos através de plugins (e.g., pdf, flash, Java, Python) Outro tipo de cliente Web são os proxies: servidores que também são clientes Arquitetura de um Navegador Web: Cache

12 Servidores Web Servidor (teoricamente) muito simples que concretizam os métodos HTTP para manipulação de documentos Servidor Web Apache (http://httpd.apache.org) Usado em quase 40% dos sites na Internet (Novembro de 2015: netcraft.com) Altamente configurável e extensível Hooks: Fases do processamento de uma requisição (e.g., tradução da URL no nome do ficheiro local) Modules: Conjuntos de funções que são executadas pelos hooks (e.g., lidar com ficheiros PHP)

13 Clusters de Servidores Web Um servidor Web pode ser acedido por muitos clientes ao mesmo tempo. Para aumentar a escalabilidade, replicam-se os servidores e faz-se balanceamento de carga A arquitetura geral requer um front end que receba as requisições e as distribua Um problema que pode ocorrer é que o front end se pode tornar num funil

14 Clusters de Servidores Web Na prática, utiliza-se a distribuição de requisições de acordo com seu conteúdo, ou Content-aware request distribution: Algumas possibilidades que resultam deste modelo:» enviar as requisições de um mesmo documento para o mesmo servidor» distribuir (e não replicar) os documentos pelos servidores» ter servidores específicos para certos tipos de documentos (e.g., vídeo) Uma vez que cada requisição é analisada, o front end executa mais trabalho (e o problema de ser funil piora) Torna-se necessária então uma arquitectura mais sofisticada:» O encaminhamento de requisições, a decisão de que servidor lida com que requisição e a associação de conexões a requisições são divididas por diferentes máquinas

15 Clusters de Servidores Web [ ] Decide que servidor atende a nova conexão. Envia pedidos de conexão ao distribuidor Associa um servidor a uma conexão. Outras opções para balanceamento de carga: DNS round-robin: um domínio é associado a múltiplos endereços IP, que são retornados pelo DNS seguindo a política round-robin Enviar as requisições a todos os servidores (numa LAN), e eles decidem (de forma descentralizada), quem vai atender a requisição

16 Replicação na Web: Caches e Proxies O bom funcionamento da Web depende, em certa medida, da replicação de conteúdo em caches distribuídos pela Internet Existem duas formas básicas de caches na Web: Cache dos navegadores: documentos acedidos são armazenados localmente Proxies de rede: servidores especializados armazenam os conteúdos acedidos por utilizadores duma determinada organização Proxies podem ser organizados: Hierarquicamente Cooperativamente Cache cooperativo entre diversos proxies

17 Replicação na Web: Caches e Proxies Limitações do uso de caches e proxies: Muitos documentos são dinâmicos (e.g., página do serviço de meteorologia) Se o documento não estiver na cache do proxy, a latência de acesso piora, pois temos de acedê-lo. Tudo depende da popularidade dos conteúdos Consistência de Cache: Como manter a cache (no navegador ou no proxy) consistente?» Mesmo que o proxy tenha um documento requisitado em cache, ele envia uma mensagem HTTP get ao servidor do documento com o cabeçalho If-Modified-Since especificando o instante de tempo em que o documento foi recebido e armazenado em cache» Se o servidor modificou o documento, ele envia uma nova versão, caso contrário, o proxy retorna o documento em cache Esta estratégia é ineficiente» O melhor é usar o documento em cache até que um temporizador expire (e.g., Squid - [ ]

18 Replicação na Web: Redes de Distribuição de Conteúdo [ ] Sistemas mais avançados utilizam redes overlay de distribuição de conteúdos Em geral, o que replicamos nessas redes são os conteúdos embebidos (vídeos, imagens, áudio, etc.) em documentos (que muitas vezes são dinâmicos) O exemplo da Akamai (usada pela MTV, Adobe, MySpace, NBA, Fox, etc ) 200k servidores espalhados por 110 países (http://www.akamai.com/us/en/about/facts-figures.jsp)

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