Sistemas Distribuídos Capítulo 1: Introdução. Departamento de Engenharia Informática

Transcrição

1 Sistemas Distribuídos Capítulo 1: Introdução Departamento de Engenharia Informática

2 Índice Introdução aos Sistemas Distribuidos Definição de sistema distribuído Razões para a distribuição Evolução tecnológica e enquadramento económico Exemplos de Sistemas Distribuidos Internet, Intranets, Computação Móvel Evolução das Redes Partilha de Recursos e a Web Desafios da Distribuição Sistemas Distribuidos º semestre 2

3 Sistemas Distribuídos: Algumas definições Departamento de Engenharia Informática [A system] in which hardware or software components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by passing messages. Consequences: [ ] concurrency is the norm, [ ] no global clock exists, [ ] any component can fail independently. G. Coulouris, J. Dollimore, T.Kindberg [ ] is one in which the failure of a computer you didn't even know existed can render your own computer unusable. Leslie Lamport [ ] is a collection of loosely coupled processors interconnected by a communication network. Processors do not share memory or clock. A. Silberschatz [ ] is a collection of independent computers that appear to the users of the system as a single computer. A. Tanenbaum Sistemas Distribuidos º semestre 3

4 Sistemas Distribuídos: Características Um sistema distribuído possui as seguintes características: Várias máquinas independentes, e potencialmente: Heterogéneas; Administradas por diferentes organizações com regras diferentes de segurança, de gestão, etc. Redes de interligação entre essas máquinas; Não há estado partilhado entre as várias máquinas. Uma máquina multiprocessador autónoma é (nesta óptica) um sistema distribuído? Não Sistemas Distribuidos º semestre 4

5 Razões que justificaram a Distribuição Distribuição geográfica Organização com instalações em Lisboa, Porto, Paris, Ligação entre organizações independentes Extensibilidade, modularidade Crescimento gradual Partilha de recursos Troca de informação entre departamentos, empresas Maior disponibilidade Replicação Maior desempenho Distribuição da carga Out-Sourcing Acesso a competências de entidades externas e.g. especializadas em fornecer segurança (e.g. VeriSign); Servidores AAA Sistemas Distribuidos º semestre 5

6 O que tornou os Sistemas Distribuídos tão importantes? Requisitos Empresariais Novas necessidades empresariais suportadas por novas tecnologias Necessidade de integração do negócio Digitalização Lei de Moore Efeito de Rede Lei de Metcalf Evolução Tecnológica de... Redes de Computadores Computadores Pessoais Sistemas Abertos Arquitectura de Computadores Aplicações em rede Jogos em rede, redes sociais, aplicações de conteúdo multimédia Sistemas Distribuidos º semestre 6

7 Evolução das Redes de Computadores Redes Telefónicas Linhas Dedicadas fornecidas pelos Operadores de Telecomunicações Oferta de Redes de dados pelos operadores públicos X.25 RDIS ATM Redes locais Internet ADSL, Rede de Televisão por Cabo GPRS, UMTS, WiFi, WiMax W A N D M Z R e d I e n t e r n a S A N RACV RAC1 RAC2 SMA FC- SW2 FTP WebService s Https server IAS1 ISP 1 ISP 2 IASV FC- SW1 Router TRAD EVA3 000 DMZ IAS2 Router BD Mercator LAN Packetch aper VPNip Router Firewall 1 Firewall 2 VPNip Diagrama standard da Infra-estrutura Exemplo de Redes Actual Sistemas Distribuidos º semestre 7

8 Exemplos de Sistemas Distribuidos Internet, Intranets, Computação Móvel

9 Internet Redes públicas inicialmente limitadas em largura de banda mas progressivamente com melhor desempenho limitada segurança e garantia de serviço ISP intranet backbone desktop computer: server: network link: satellite link Sistemas Distribuidos º semestre 9

10 Intranet típica Redes Locais baseadas em redes relativamente fiáveis, com elevado débito e com um confinamento de segurança maior print and other servers serv er Desktop computers Web server Local area network serv er Fil e server print other servers the rest of the Internet router/firewall Sistemas Distribuidos º semestre 10

11 Redes móveis Computação Móvel (ou Nomadic Computing): realização de tarefas de computação distribuidas enquanto em movimento Computação baseada na Localização: dispositivo móvel utiliza um recurso (e.g. impressora) disponível no local onde se encontra Internet Host intranet Wireles s LAN WAP gateway Home intranet Printer Camera Mobile phone Laptop Host site Sistemas Distribuidos º semestre 11

12 Mobilidade versus Ubiquidade Projecto Oxygen no MIT Wearable Computing no MIT Media Lab Ubiquidade - Pervasividade de dispositivos Mobilidade dispositivos móveis em rede Sistemas Distribuidos º semestre 12

13 Evolução das Redes Partilha de Recursos e a Web

14 Evolução dos Computadores Pessoais Actualmente Equipamentos simples, completos e autónomos Baixo custo Interface atraente e simples Mercado PCs ainda dominado por Wintel, o mesmo não acontecendo nos SmartPhones e PDAs Os PDA e os telefones móveis são computadores Miríade de aplicações Todos os equipamentos sofisticados têm computadores Cartões inteligentes, tags RFID são computadores (ainda com recursos muito limitados) Consequências da Evolução Computadores em todos os postos de trabalho, distribuídos pelas organizações Confiança dos utilizadores em soluções descentralizadas Facilidade de desenvolvimento de aplicações departamentais e pessoais Independência de departamentos em relação à informática central Quando mal gerido Caos de aplicações Difícil de manter e administrar Sistemas Distribuidos º semestre 14

15 Evolução de Sistemas Abertos Normalização oficial e de facto em muitos aspectos chave Computadores pessoais (Wintel) Protocolos de rede (TCP/IP, WWW, W3C, OASIS) Servidores Unix, Windows-NT, Mainframes IBM MVS Acesso a bases de dados (SQL, ODBC) Interligação de aplicações (DCOM, CORBA) Web Services SOAP, XML Consequências Tecnologia disponível Grande número de alternativas Preços competitivos Sistemas Distribuidos º semestre 15

16 Consequências da Evolução das Redes de Computadores Todos os computadores ligados à rede local Todas as redes locais interligadas entre si Alto débito, baixo preço Interligação de todos os computadores empresas, organizações, domésticos, Interligação de todos os dispositivos Laptops, telemóveis, PDA, automóvel, frigoríficos, Interligação de cartões inteligentes, Tags RFID, etc. Sistemas Distribuidos º semestre 16

17 Partilha de Recursos Serviço: gere colecção de recursos relacionados, e apresenta a sua funcionalidade a utilizadores e aplicações. E.g. aceder a ficheiros partilhados através de serviços de ficheiros ( file services ) Serviços restrigem acesso a recursos através de operações bem definidas na sua interface E.g. read, write, delete em ficheiros Num sistema distribuido, operações podem ser invocadas remotamente Recursos são partilhados e disponibilizados em várias localizações / máquinas Sistemas Distribuidos º semestre 17

18 Papel determinante da Internet Rede de Comunicação Aberta Alteração do padrão de utilização dos serviços de telecomunicações Desenvolvimento de Standards de facto que permitiram criar novas forma de trocar informação HTTP, HTML, XML Criação de ambientes de desenvolvimento simplificados e.g.: PHP, Pearl Escalabilidade no crescimento da rede Date Computers Web servers 1979, Dec , July 130, , July 56,218,000 5,560, , Jan. 171,638,297 35,424,956 Computadores na internet com endereços IP registados Sistemas Distribuidos º semestre 18

19 A World Wide Web Web baseada em três normas: HyperText Markup Language (HTML) Uniform Resource Locators (URLs) HyperText Transfer Protocol (HTTP) Páginas dinâmicas Aceder a programas CGI para além de ficheiros Downloaded code Javascripts, Applets Web Services XML Sistemas Distribuidos º semestre 19

20 Desafios da Distribuição Departamento de Engenharia Informática

21 Concorrência Comunicação exclusivamente por mensagem Modelo de programação mais difícil Novos tipos de erros (timeout, ) Concorrência Utilizadores podem aceder e modificar recurso ao mesmo tempo Atender 1 cliente de cada vez não seria escalável nem eficiente Dados têm que permanecer consistentes Mais difícil de realizar mecanismos atómicos de sincronização, coordenação Mutexes, semáforos, monitores distribuídos normalmente não estão disponíveis no caso de sistemas operativos não distribuídos Sistemas Distribuidos º semestre 21

22 Tratamento de Faltas Sistemas Distribuídos Modelo de faltas mais complexo Máquinas falham independentemente Redes podem perder pacotes, trocar a sua ordem,... Conhecimento parcial do estado do sistema Das outras máquinas, só se sabe realmente que uma mensagem chegou, ou não chegou Uma mensagem não chegou porque Se perdeu? O emissor falhou? O emissor está muito lento? Podemos nunca saber ao certo!! Tratamento de Faltas Detecção de Faltas Algumas passiveis de detecção: e.g. erros em bits de pacotes usando checksum Outras não: e.g. crash em servidor remoto Mascarar Faltas Retransmissão de segmentos perdidos no TCP, replicação de ficheiros, Tolerância a Faltas E.g. se Webbrowser não consegue aceder a servidor Web, não tenta para sempre! Recuperação de Faltas E.g. recuperação do estado dos dados permanentes (roll-back) de modo consistente Redundância E.g. caminhos alternativos na internet, replicação de tabelas de nomes no DNS, redireccionamento de clientes para servidores operacionais Sistemas Distribuidos º semestre 22

23 Heterogeneidade, Sistemas Abertos, Segurança, Escalabilidade Heterogeneidade Máquinas com representações de dados diferentes, sistemas operativos diferentes, representação de dados Sistemas abertos Necessário disponibilizar a especificação e documentação das interfaces dos componentes do sistema Segurança Intrusos podem ler mensagens em trânsito, injectar novas mensagens Não existe controlo sobre o software sistema e aplicações remotas Escalabilidade Sistema distribuído deverá continuar a funcionar de forma eficaz mesmo que haja um crescimento significativo no número de recursos e no número de clientes Sistemas Distribuidos º semestre 23

24 Transparência Trânsparência de acesso: acesso a recursos deve ser feito pelas mesmas operações, quer sejam locais quer remotos de localização: cliente deve conseguir ter acesso aos recursos mesmo que não saiba a sua localização física de concorrência: vários processos devem operar concorrentemente sem interferências. de replicação: deve ser possível ter múltiplas instâncias de um mesmo recurso sem que os clientes reparem Para melhor fiabilidade e desempenho De faltas: eventuais faltas devem ser toleradas e escondidas dos utilizadores e aplicações De mobilidade: os clientes e os recursos devem poder mover-se dentro do sistema sem que isso afecte a operação dos mesmos De desempenho: deve ser possível reconfigurar o sistema para melhorar desempenho à medida que a carga varie De escala: sistema deve ser capaz de se expandir em escala sem que para tal seja preciso alterar a estrutura do sistema nem os seus algoritmos Sistemas Distribuidos º semestre 24