Prof. Marcelo de Sá Barbosa SISTEMAS DISTRIBUIDOS

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1 Prof. Marcelo de Sá Barbosa SISTEMAS DISTRIBUIDOS

2 Objetos distribuídos e invocação remota Introdução Comunicação entre objetos distribuídos Chamada de procedimento remoto Eventos e notificações

3 Objetos distribuídos e invocação remota Introdução Estudaremos os modelos de programação para aplicativos distribuídos, isto é aqueles aplicativos compostos de programas que estão em cooperação, executados em vários processos diferentes. Tais programas precisam executar ( invocar ) operações em outros processos, frequentemente sendo executados em diferentes computadores. Para se conseguir isso, alguns modelos de programação foram estendidos para aplicação em programas distribuídos.

4 Objetos distribuídos e invocação remota Middleware O software que fornece um modelo de programação acima dos blocos de construção básicos de processos e de passagem de mensagens é chamado de middleware. Algumas formas de middleware permitem que componentes distintos sejam escritos em diferentes linguagens de programação.

5 Objetos distribuídos e invocação remota Applications RMI, RPC and events Request reply protocol Middleware layers External data representation Operating System

6 Objetos distribuídos e invocação remota Interfaces A maioria das linguagens de programação modernas fornece uma maneira de organizar um programa como um conjunto de módulos que podem se comunicar. A comunicação entre os módulos poder ser feita por meio de chamadas de procedimentos entre eles ou pelo acesso direto às variáveis de outro módulo. Para controlar as interações possíveis entre os módulos, uma interface explícita é definida para cada módulo. A interface de um módulo especifica os procedimentos e as variáveis que poder ser acessadas a partir de outros módulos. Os módulos são implementados de modo a ocultar todas as informações sobre eles, exceto as que estiverem disponíveis por intermédio de sua interface.

7 Objetos distribuídos e invocação remota Comunicação entre objetos distribuídos O modelo baseado em objetos para um sistema distribuído estende o modelo suportado pelas linguagens de programação orientadas a objetos para aplicá-lo em objetos distribuídos. Esta seção trata da comunicação entre objetos distribuídos por meio de RMI. O material é apresentado sob os seguintes tópicos: O modelo de objeto: uma breve revisão dos aspectos relevantes do modelo de objeto. Exemplo de linguagens de programação orientada a objetos: JAVA e C++. Objetos distribuídos: uma apresentação dos sistemas sistemas distribuídos baseados em objetos. O modelo de objeto distribuído: uma discussão sobre as extensões feitas no modelo de objeto, necessárias para suportar objetos distribuídos.

8 Objetos distribuídos e invocação remota Invocação a métodos locais e remotos A remote invocation B local C invocation local E invocation local invocation D remote invocation F

9 Objetos distribuídos e invocação remota Chamada de procedimento remoto Uma chamada de procedimento remoto é muito parecida com uma invocação a método remoto, pois um processo cliente chama um procedimento que está sendo executado em processo servidor. Os servidores podem ser clientes de outros servidores para permitir encadeamento de RPCs. Um processo servidor define em sua interface de serviços os procedimentos que estão disponíveis para serem chamados de forma remota.

10 Objetos distribuídos e invocação remota client object Aproxy for B Request server skeleton & dispatcher for B s class remote object B Reply Remote Communication reference module module servant CommunicationRemote reference module module

11 Objetos distribuídos e invocação remota Eventos e notificações A idéia por trás do uso de eventos é que um objeto pode reagir a uma alteração ocorrida em outro objeto. As notificações de eventos são basicamente assíncronas e determinadas pelos seus receptores. Em particular, nos aplicativos interativos, as ações executadas pelos usuários sobre os objetos, por exemplo, clicando em um botão com o mouse ou digitando caracteres em uma caixa de texto por meio do teclado, são considerados eventos que causam alterações nos objetos que mantêm o estado do aplicativo. Os objetos responsáveis por exibir a visão do estado corrente são notificados quando o estado muda.

12 Objetos distribuídos e invocação remota Dealer s computer External source Dealer s computer Dealer Notification Notification Dealer Notification Information provider Notification Dealer s computer Dealer Notification Notification Notification Information provider External source Notification Dealer s computer Notification Notification Dealer

13 Objetos distribuídos e invocação remota Resumo: Tratamos de dois paradigmas da programação distribuída a invocação a método remoto e os sistemas baseados em eventos. Esses dois paradigmas consideram os objetos distribuídos como entidades independentes que podem se comunicar. No primeiro caso, um método na interface remota de um objeto em particular é invocado de forma assíncrona com o invocador esperando por uma resposta. No segundo caso, as notificações são enviadas de forma assíncrona para vários assinantes, quando ocorre um evento em um objeto de interesse

14 Objetos distribuídos e invocação remota O modelo de objeto distribuído é uma ampliação do modelo de objeto local usado nas linguagens de programação baseadas em objetos. Os objetos encapsulados formam componentes úteis em um sistema distribuído, pois o encapsulamento os tornam inteiramente responsáveis por gerenciar seus próprios estados e as invocações a métodos locais podem ser estendidas para invocações remotas. Cada objeto em um sistema distribuído tem uma referência de objeto remoto (um identificador globalmente exclusivo) e uma interface remota que especifica quais de suas operações podem ser invocadas de forma remota.

15 Objetos distribuídos e invocação remota As invocações a métodos locais fornecem a semântica exatamente uma vez, enquanto as invocações a métodos remotos não podem garantir o mesmo, pois os dois objetos participantes estão em computadores diferentes, os quais podem falhar independentemente e estão ligados por uma rede, que também pode falhar. O melhor que poder ser conseguido é a semântica no máximo uma vez. Devido às suas diferentes características de falhas e desempenho e à possibilidade de acesso concorrente aos objetos remotos, não é necessariamente uma boa idéia fazer a invocação remota parecer ser exatamente igual à uma invocação local.

16 Objetos distribuídos e invocação remota Os sistemas distribuídos baseados em eventos podem ser usados para permitir que conjuntos distribuídos de objetos heterogêneos se comuniquem. Ao contrário da RMI, os objetos não precisam ter interfaces remotas para receber mensagens - basta implementarem um interface para receberem notificações e para assinarem seu interesse em eventos. Os objetos que geram eventos precisam enviar notificações assíncronas. A simplicidade das interfaces deve facilitar a adição de eventos em objetos existentes. O trabalho adicional de processar eventos ( por exemplo, filtrar e procurar padrões ) pode ser realizado por observadores objetos intermediários, adicionados ao sistema para esse propósito.

17 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Introdução A camada do sistema operacional Proteção Processos Comunicação e invocação Arquiteturas de sistemas operacionais Resumo

18 Sistema Operacional Introdução SISTEMAS DISTRIBUIDOS Aprendemos que um aspecto importante dos sistemas distribuídos é o compartilhamento de recursos. Os aplicativos clientes invocam operações em recursos que frequentemente estão em outro nó, ou pelo menos em outro processo. Aplicativos ( na forma de clientes ) e serviços ( na forma de gerenciadores de recursos ) usam a camada middleware para suas interações. O middleware fornece invocações remotas entre objetos ou processos nos nós de um sistema distribuídos. Abaixo da camada de middleware está a camada do sistema operacional, que é o assunto que trataremos nesse momento. A tarefa de qualquer sistema operacional é fornecer abstrações dos recursos físicos subjacentes processadores, memória, comunicação e mídias de armazenamento.

19 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Conceito de sistemas operacionais de rede e sistemas operacionais distribuídos O UNIX e o Windows são exemplos de sistemas operacionais de rede. Com um sistema operacional, um usuário pode se conectar em outro computador de forma remota, usando rlogin ou telnet e executar processos nele. Em contraste, alguém poderia imaginar um sistema operacional no qual o usuário nunca se preocupasse com o local onde seus programas são executados, ou com a localização de quaisquer recursos. Haveria uma única imagem do sistema. Esse é chamado de sistema operacional distribuído.

20 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS A camada do sistema operacional Os usuários só ficarão satisfeitos se sua combinação de middlware SO tiver bom desempenho. Em um sistema distribuído, o middleware pode ser executado sobre um variedade de sistemas operacionais, sobre diferentes hardwares, em cada nó. O par Sistema Operacional hardware é genericamente denominado de plataforma.

21 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Applications, services Middleware OS: kernel, libraries & servers OS1 Processes, threads, communication,... OS2 Processes, threads, communication,... Platform Computer & network hardware Computer & network hardware Node 1 Node 2

22 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Funcionalidades básicas do sistema operacional Process manager Communication manager Thread manager Memory manager Supervisor

23 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS O software do sistema operacional é projetado para ser portável entre arquiteturas de computador. Isso significa que a maior parte dele é codificada em um linguagem de alto nível, como C, C++ ou Modula-3. Os componentes básicos do sistema operacional são: Gerenciador de processos: trata da criação de processos e das operações nele executadas. Gerenciador de threads: as threads são fluxos de execução associados aos processos. Gerenciador de comunicação: trata da comunicação entre threads associadas a diferentes processos no mesmo computador.

24 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Gerenciador de memória: trata do gerenciamento da memória física e virtual. Supervisor: trata do envio de interrupções, das capturas das chamadas de sistema e de exceções; do controle da unidade de memória e de suas caches; do processador. No Windows, ele é conhecido como camada de abstração de hardware ou HAL ( hardware Abstraction Layer.

25 Sistema Operacional Proteção SISTEMAS DISTRIBUIDOS Os recursos exigem proteção contra acessos ilegítimos. A ameaça à integridade de um sistema não é proveniente apenas de código construído de forma maliciosa. Um código benigno, contendo um erro ou um comportamento imprevisto, pode fazer com que parte do sistema aja incorretamente.

26 Sistema Operacional Processos e Threads SISTEMAS DISTRIBUIDOS Atualmente um processo consiste em um ambiente de execução, junto com uma ou mais threads. Uma thread é a abstração do sistema operacional de uma atividade ( o termo é derivado da frase fio (thread) de execução ). O ambiente de execução é a unidade de gerenciamento de recursos: conjunto de recursos locais gerenciados pelo núcleo, aos quais suas threads têm acesso.

27 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Clusters ( agrupamentos ): Um agrupamento ou aglomerado é um conjunto de computadores convencionais interligados por uma rede de comunicação de alta velocidade, como uma gigabit Ethernet, comutada. Os computadores individuais podem ser PCs, estações de trabalho padrão, placas de processador montadas sobre um rack; eles ainda podem ser monoprocessadores ou multiprocessadores. Uma aplicação de clusters é o fornecimento de serviços de alta disponibilidade e flexíveis.

28 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Comunicação e invocação Alguns núcleos projetados para sistemas distribuídos fornecem primitivas de comunicação. O Amoeba ( Tanenbaum ) é um exemplo. Na prática, a camada de middleware, e não o núcleo, fornece a maior parte dos recursos de comunicação de alto nível encontrados nos sistemas atuais, notificação de evento e comunicação em grupo.

29 Tempos de invocações em série e concorrentes Serialised invocations Concurrent invocations process args marshal Send Receive unmarshal process results process args marshal Send process args marshal transmission Send process args marshal Receive Send unmarshal execute request marshal Send Receive unmarshal process results Receive unmarshal process results Receive unmarshal execute request marshal Send Receive unmarshal execute request marshal Send Receive unmarshal execute request marshal Send time Receive unmarshal process results Client Server Client Server

30 Sistema Operacional SISTEMAS DISTRIBUIDOS Arquitetura de sistemas operacionais Middleware Language support subsystem Language support subsystem OS emulation subsystem... Microkernel Hardware The microkernel supports middleware via subsystems

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