Sistemas Distribuídos

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1 Sistemas Distribuídos Computação Aula 01-02: Introdução 2o. Semestre / 2014 Prof. Jesus

2 Agenda da Apresentação Definição e surgimento de Sistemas Distribuídos Principais aspectos de Sistemas Distribuídos (Exemplos) Motivação e principais problemas Transparência de distribuição Aplicações 2

3 Definição de Sistemas Distribuídos Um sistema distribuído (SD) é um conjunto de computadores independentes que se apresenta a seus usuários como um sistema único e coerente (Tanenbaum) Um sistema em que componentes de hardware e software localizados em uma rede se comunicam e coordenam suas ações por passagem de mensagens (Coulouris et al.)

4 Surgimento dos Sistemas Distribuídos Evolução tecnológica e expansão da utilização e interligação das redes de computadores Componentes de uma rede podem se comunicar com maior integração (qualidade de serviço) Emular o comportamento de ambientes centralizados

5 Principais aspectos dos Sistemas Distribuídos Infra-estrutura para: aplicações serviços Estrutura física múltiplos computadores conectados em rede Concorrência Sem memória compartilhada sistema fracamente acoplado Sem relógio global Falhas isoladas e independentes Comunicação através de passagem mensagens tipicamente assíncronas 5

6 Exemplos de Sistemas Distribuídos Internet Intranet (uma rede dentro da Internet gerenciada por alguma organização) Computação móvel e ubíqua. 6

7 Internet ISP intranet backbone satellite link desktop computer: server: network link: Fonte: CDK4 7

8 Internet Programas interagem através de mensagens Pode ser ampliado com novos servidores ou tipos de serviços Possui backbones que são redes com alta capacidade de transmissão 8

9 Intranet print and other servers server Desktop computers Web server Local area network server File server print the rest of the Internet router/firewall other servers Fonte: CDK4 9

10 Intranet Porção da Internet administrada separadamente por uma organização e com políticas de segurança locais Pode ser composta por uma ou mais LANs Uma intranet geralmente é conectada à Internet através de um roteador 10

11 Intranet Usuários (de outras intranets) acessar seus serviços Estas intranets precisam possuir políticas de segurança Proteger informações confidenciais Usam firewall para filtrar a entrada e saída de informações 11

12 Intranet Firewall podem impedir acessos legítimos Devem ser complementados com mecanismos de segurança mais refinados Existem casos em que as organizações não desejam que suas intranets não se conectem à Internet Organizações militares em época de guerra, agências de segurança, etc. 12

13 Computação móvel e ubíqua Móvel: dispositivos (smartphones, laptops, GPS) que utilizam conexões de rede sem fio que permite ao usuário acesso a serviços independente de sua localização física Ubíqua: existe sem a percepção da existência dela pois o computador está integrado ao ambiente. Ex.: sensores, eletrodomésticos inteligentes. 13

14 Computação Móvel e Ubíqua 14

15 Motivação Compartilhamento de recursos Ex.: hardware, software, dados, serviços, etc. Elevada disponibilidade de serviço Gerenciamento de recursos através de uma interface bem definida Extensibilidade Desempenho Confiabilidade (redundância, falhas parciais) Suporte a organizações distribuídas 15

16 Principais problemas Concorrência Falhas parciais Localização Acesso Migração Replicação Mobilidade Contexto Segurança Larga escala Heterogeneidade cliente 16

17 Heterogeneidade Hardware PCs, servidores, PDAs, smart phones, smart cards, utilidades domésticas etc Sistemas operacionais Linguagens de programação Tecnologias de rede Internet, WAP, Bluetooth Ethernet, WiFi, WiMAX,... Tecnologias de middleware Políticas de gerenciamento 17

18 Exemplo de ambiente heterogêneo Internet Host intranet Wireless LAN WAP gateway Home intranet Printer Camera Mobile phone Laptop Host site Fonte: CDK4 18

19 Heterogeneidade Middleware Camada de software que fornece uma forma de ocultar a heterogeneidade do sistema. Ex.: RMI, CORBA, etc; Fornece também um modelo de programação independente de plataforma Código móvel e máquina virtual O primeiro se refere a um código enviado para outro computador e executado no seu destino. Ex.: Java applets. O segundo permite a execução de um código em diferentes tipos de hardware e/ou sistemas operacionais. Ex.: JVM (Máquina Virtual Java) 19

20 Middleware 20

21 Abertura Facilidade de extensão e atualização Adição de novos recursos e serviços Re-implementação de serviços existentes Determina quanto o sistema pode ser estendido Extensão de hardware Adição de memória, periféricos... Extensão de software Recursos de software, protocolos, serviços... Grau de não interferência quando da inclusão de algo novo 21

22 Abertura Depende de que as interfaces de acesso aos principais componentes do sistemas sejam conhecidas e estejam disponíveis para os programadores Exemplos de abertura na Internet Especificações controladas e atualizadas por um Comitê Gestor Novos produtos e serviços implementados de acordo com as especificações vigentes Conformidade da implementação deve ser testada e verificada para garantir o correto funcionamento do sistema 22

23 Abertura Interfaces de sistemas abertos devem ser publicadas Devem fornecer um mecanismo de comunicação uniforme para compartilhamento de recursos Devem oferecer suporte a diferentes tipos de hardware e software mesmo que sejam de diferentes fornecedores 23

24 Segurança Proteção para recursos compartilhados Confidencialidade (proteção contra usuários não autorizados) Ex.: Acesso a dados sobre salário, histórico médico, endreço Integridade (proteção contra alteração e corrupção) Ex.: Alteração indevida de dados usados em transações bancárias Disponibilidade (proteção contra interferência ao meio de acesso) Ex.: Queda ou sobrecarga do servidor ou do meio de comunicação Principais mecanismos de segurança na Internet Firewall Assinaturas digitais Desafios Canais de seguros de comunicação Ataques de negação de serviço Segurança para código móvel 24

25 Escalabilidade Capacidade do sistema permanecer operando de forma efetiva mesmo diante de um aumento significativo do número de usuários e/ou dos recursos disponíveis Principais desafios: Controlar o custo dos recursos físicos Controlar perdas de desempenho Prevenir o esgotamento dos recursos de software Evitar gargalos de desempenho na rede ou nos próprios servidores Principais técnicas: Replicação Caching Concorrência e paralelismo 25

26 Tratamento contra falhas Falhas são inevitáveis em sistemas computacionais Resultados incorretos Interrupção não planejada do serviço antes de sua conclusão Falhas em sistemas distribuídos são parciais Algumas falhas podem ser detectadas (usando checksums em arquivos) e outras não (falha em um servidor) Sistemas distribuídos devem oferecer alta disponibilidade de recursos mesmo diante da ocorrência de falhas Disponibilidade: medida da proporção do tempo que um recurso está disponível para uso 26

27 Tratamento contra falhas Técnicas de tratamento de falhas mais comuns: Detecção (ex. bits de paridade, checksums) Ocultamento (ex. retransmissão de mensagens) Tolerância (ex. informar o usuário do problema) Recuperação (ex. transações em BD s) Redundância (ex. replicação de tabelas no DNS) 27

28 Concorrência Suporte para múltiplos acessos simultâneos a um ou mais recursos compartilhados Possibilidade de inconsistências quando os recursos são alterados Serviços que representam recursos compartilhados devem ser responsáveis por garantir que as operações de acesso os mantenham em um estado consistente Válido para servidores e objetos de aplicações Técnicas mais comuns: Sincronização de acesso (ex.: exclusão mútua distribuída) Protocolos de controle de concorrência (ex.: 2 PCs) 28

29 Transparências de distribuição Um SD deve se apresentar a usuários e aplicações como um sistema único (TRANSPARENTE) Tornar invisíveis as complicações geradas pela distribuição: para o programador de aplicações distribuídas para o usuário para o administrador do sistema Principais tipos de transparência acesso, localização, falha, migração, relocação, replicação, persistência, transação, concorrência 29

30 Principais transparências de distribuição Transparência de acesso: permite o acesso a componentes remotos e locais através das mesmas operações Transparência de localização: permite o acesso a componentes sem conhecimento da sua localização física Transparência de concorrência: permite a execução concorrente de múltipla operações sobre o mesmo conjunto de recursos sem causar interferência entre elas Transparência de replicação: permite usar múltiplas instâncias de um mesmo recurso lógico sem conhecimento da existência de réplicas pelos usuários e programadores Baseado em: CDK4 30

31 Principais transparências de distribuição Transparência de falha: permite esconder a ocorrência de falhas dos usuários e programadores Transparência de mobilidade (migração): permite a realocação de recursos e aplicações sem afetar o seu uso Transparência de desempenho: permite a re-configuração do sistema para aumentar o seu desempenho conforme varia a carga de trabalho Transparência de escala: permite a expansão do sistema e de suas aplicações sem exigir mudanças significativas na infra-estrutura existente 31

32 Principais transparências de distribuição As duas formas mais importantes são acesso e localização. Suas presenças (ou ausências) afetam profundamente a maneira como os recursos são utilizados em um sistema distribuído Também conhecidas como transparência de rede 32

33 Principais transparências de distribuição Exemplos de transparência: Ferramenta para exploração de arquivos que mantêm as mesmas opções de navegação para pastas locais e remotas API para acessar dados que utiliza as mesmas operações para dados locais e remotos Exemplos de falta de transparência: Sistema distribuído onde só é possível acessar arquivos remotos via FTP Serviço de jogos online que precisa ser tirado do ar para acrescentar ou trocar um servidor Classificação quanto à dificuldade de implementação (hierarquia de dependência) e nível (usuário ou programador) 33

34 Principais transparências de distribuição Níveis de transparência: Nível do usuário: distribuição física dos recursos é imperceptível para os usuários das aplicações (ex.: navegador da Web) Nível do programador: distribuição física dos recursos é imperceptível tanto para os usuários quanto para os programadores das aplicações (ex.: programação com middleware ou SO distribuído) 34

35 Consórcio para integração de aplicações Consórcio que reúne cerca de 800 empresas envolvidas com tecnologia de objetos fabricantes de middleware e aplicações instituições de pesquisa usuários Missão Criar um mercado de software baseado em componentes Ênfase: Re-uso de componentes Interoperabilidade e portabilidade de componentes Desenvolvimento de componentes padronizados 35

36 Aplicações Em princípio, qualquer aplicação convencional pode ser portada com sucesso para um ambiente de sistema distribuído Algumas áreas de aplicação emergentes multimídia distribuída espaços ativos disseminação de informações computação móvel e ubíqua computação em grade redes de sensores 36

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