Sistemas distribuídos. Prof. Emiliano Monteiro

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1 Sistemas distribuídos Prof. Emiliano Monteiro

2 Múltiplos processadores São arquiteturas que possuem duas ou mais CPU interligadas e que funcionam em conjunto na execução de tarefas independentes ou no processamento simultâneo de uma mesma tarefa.

3 Vantagens/Desvantagens Desempenho, pode ser obtido em dois níveis: 1. Múltiplos processadores permitem a execução simultânea de diversas tarefas independentes, aumentando o throughput do sistema 2. Múltiplos computadores permitem a execução de uma mesma tarefa por vários processadores simultâneamente (processamento paralelo) Escalabilidade: é a capacidade de adicionar novos processadores ao conjunto Relação custo/benefício: Permite utilizar CPUs convencionais interligadas por barramentos a custo inferiores de uma única CPU poderosa Tolerância a Falhas Disponibilidade Balanceamento de carga

4 Tipos de Sistemas Operacionais Tipos de SO monotarefa multitarefa Multi processadores Batch (lote) Tempo compartilhado (time sharing) Tempo real (Real Time) Fracamente acoplado Fortemente acoplado

5 Tipos de sistemas computacionais SISD Single Instruction Single Data Sistemas que suportam uma única seqüência de instruções e apenas uma seqüência de dados a maioria dos computadores pessoais e servidores esta nesta categoria SIMD Single Instruction Multiple Data Sistemas que tratam uma única seqüência de instruções e múltiplas entradas de dados, trabalham com dados escalares e portanto processam vetores seqüêncialmente (Família de computadores CRAY) MISD Multiple Instruction Single Data Permite Múltiplas seqüências de instruções e uma única seqüência de dados. Não existe, até o momento nenhum computador desenvolvido com essa arquitetura!! MIMD Multiple Instruction Multiple Data Tratam múltiplas seqüências de instruções e múltiplas seqüências de dados, onde se enquadram os sistemas com múltiplos processadores e Sistemas Distribuídos

6 Sistemas Fracamente Acoplados e Fortemente Acoplados São uma classificação das arquiteturas MIMD Fortemente Acoplados: Os processadores compartilham uma única memória principal e são controlados por apenas um único sistema operacional Fracamente Acoplados: Caracterizam-se por possuir dois ou mais sistemas computacionais independentes, conectados por uma rede de comunicação, tendo cada um seus próprios processadores, memória, SO, etc.

7 Tabela comparativa Sistemas Fortemente Sistemas Fracamente Características Acoplados Acoplados 1 Espaço de endereçamento Centralizado Distribuído 2 Comunicação entre processadores Muito Rápida Lenta 3 Arquitetura de hardware Complexa Mais simples 4 Sistema Operacional Homogêneo Geralmente heterogêneo Várias cópias, uma para cada sistema 5 Cópias do sistemas operacional Existe apenas uma cópia 6 Programação paralela Mais fácil Mais difícil 7 Número de processadores Centenas Não existe limite 8 Escalabilidade Baixa Alta 9 Disponibilidade Baixa/Média Média/Alta 10 Administração Simples Complexa 11 Custo de software Menor Maior 12 Intercomunicação Proprietária Padronizada 13 Segurança Centralizada Distribuída

8 Subdivisões das arquiteturas MIMD - Multiple Instruction Multiple Data MIMD Sistemas Fortemente Acoplados Sistemas Fracamente Acoplados SMP NUMA Cluster SOR SD

9 Subdivisões das arquiteturas MIMD SMP Symmetric Multiprocessors: possuem dois ou mais processadores compartilhando um único espaço de endereçamento e gerenciados por apenas um SO NUMA Non-Uniform Memory Access: o tempo de acesso a memória dependente da localização física do processador Em ambos os casos anteriores (SMP/NUMA) é implementada a simetria dos processadores, ou seja, todos os processadores realizam as mesmas funções. As diferenças entre ambos esta no desempenho das operações de acesso a memória

10 Subdivisões das arquiteturas MIMD Clusters São formados por nós conectados por uma rede de interconexão de alto desempenho dedicada. Cada nó da rede é um membro do Cluster e possui seus próprios recursos. Cada membro do cluster possui seu próprio espaço de endereçamento individual e a comunicação entre os membros se faz na maioria das implementações pelo mecanismo de troca de mensagens As conexões de rede geralmente são: Gigabit Ethernet, Fiber Channel e ATM A rede de conexão é restrita ao cluster

11 Subdivisões das arquiteturas MIMD SOR Sistemas Operacionais de Rede Cada componente deste sistema possui seus próprios recursos de hardware, como processadores, memória, IO, etc Os nós são totalmente independentes dos demais, sendo interconectados por uma rede comunicação de dados formando uma rede de computadores. Utilizam redes locais como: Ethernet, Token Ring, Token Bus, Wireless. Cada nó possui seu próprio Sistema Operacional Na maioria das vezes é utilizado os sistema operacional TCP/IP na comunicação entre os hosts

12 Subdivisões das arquiteturas MIMD Sistemas Distribuídos: São um conjunto de sistemas autônomos, interconectados por uma rede de comunicação e que funcionam como se fosse um sistema fortemente acoplado. Cada componente do sistema possui seus próprios recursos, como processador, memória, SO, etc. É um sistema fracamente acoplado pelo aspecto de hardware porém fortemente acoplado pelo aspecto de software. É um conceito chamado de Imagem única do Sistema. Fornecem: Tolerância a Falhas e Transparência. Exemplo de sistema operacional distribuído: Amoeba

13 Sistemas Distribuídos São uma coleção de processadores fracamente acoplados entre si por uma rede de comunicação. Do ponto de vista de um processador específico em um sistema distribuído, o restante dos processadores e seus recursos são remotos, enquanto seus próprios recursos são locais

14 Conceitos Sistema Operacional de Rede Sistemas Distribuídos Rede x SD Redes de computadores a) Usuário devem realizar um login (ou logon) com uma máquina, submeter explicitamente suas tarefas remotas e movimentar explicitamente seus arquivos. Sistemas Distribuídos a) Existem diversos computadores autônomos (o usuário não tem conhecimento destes). b) Cabe ao sistema operacional selecionar recursos, localizar objetos, e esconder do usuário detalhes de implementação e funcionamento do sistema.

15 Sistemas Distribuídos Um SD consiste de processos concorrentes acessando recursos distribuídos, os quais podem ser compartilhados ou replicados, através de passagem de mensagem em um ambiente de rede. Um SD é uma coleção de computadores autônomos, ligados por uma rede, com software projetado para produzir uma facilidade de computação integrada. (Coulouris, Dollimore, Kindberg)

16 Quanto a localização de recursos Sistemas operacionais de rede: os usuários sabem da existência das várias máquinas da rede, podem abrir sessões em máquinas remotas e transferir dados de uma máquina remota para a máquina local Sistemas operacionais distribuídos: os usuários não precisam saber da existência das máquinas. Os recursos são usados da mesma maneira que os locais

17 Motivos da existência de S.D. Compartilhamento de recursos Diminuição do tempo de processamento Se os programas forem divididos em partes, estas partes podem ser executadas em máquinas diferentes Confiabilidade Em caso de defeito de um computador os outros continuam trabalhando, os computadores de um SD são autônomos Comunicação Permite que usuários de diferentes computadores possam trocar dados. Mensagens são trocadas entre computadores de maneira similar as trocas de mensagens entre processos

18 Topologias E A B C D E A C Barramento B D Estrela E A B A E C Mista C Anel D B D A B C D E

19 Topologias A A B C B C D E Totalmente conexa D E Parcialmente conexa A B E C D F Árvore G

20 Características diversas As seguintes características podem se apresentar juntas ou em separado, nem sempre um SD possui todas elas! Suporte ao modelo cliente servidor Suporte a comunicação Suporte a multiprogramação, threads, etc Suporte a nomeação Sincronização Consistência e replicação Tolerância a falhas Segurança Objetos distribuídos Sistemas de arquivos distribuídos Transparência (de acesso, de localização, etc..)

21 Comunicação em um SD Via protocolos estruturados em camadas (TCP/IP, por exemplo) Suporte RPC (remote procedure call) Invocação a objetos remotos Comunicação baseada em troca de mensagens Comunicação baseada em fluxos

22 Características Importantes Nomeação Resolução de nomes DNS Localização de objetos

23 Sincronização Sincronização de clock Estado global Exclusão mútua

24 Consistência e replicação Sistemas centrados em dados Protocolos para distribuição de dados

25 Características Importantes Tolerância a falhas Confiabilidade de: Processos clientes Processos servidores Protocolos Meios de comunicação Hardware

26 Características Importantes Segurança Canais seguros Controle de acesso Gerenciamento de segurança Kerberos

27 Aplicações distribuídas... Motivos de uso. Os dados usados pelas aplicações estão espalhados pela rede Os dados necessários estão localizados em vários computadores A computação é distribuída O processamento depende de várias CPUs para resolver o problema Os usuários estão distribuídos Os usuários podem estar localizados em vários locais

28 Problemas dos ambientes distribuídos Comunicação Algumas vezes lento conforme a carga aumenta Falhas Objetos podem falhar separadamente ou a rede pode ficar particionada Segurança Apresenta maiores desafios que os ambientes centralizados (Tipo C/S em LAN ou Terminais Burros)

29 Objetos Distribuídos São sistemas nos quais todas as suas entidades (partes) são modeladas como Objetos.

30 Características Importantes Sistemas Distribuídos Compartilhamento de recursos Impressoras, HD - Diminuir os custos e por questões de segurança. Servidor de Arquivos Recursos encapsulados em um computador da rede. Sistemas Abertos Não proprietários, interoperáveis com arquiteturas distintas Concorrência Diversos processos coexistem em um único computador e são executados concorrentemente Escalabilidade É a capacidade que um SD apresenta de poder adaptar-se facilmente a uma carga crescente de recursos e serviços.

31 Características Importantes Sistemas Distribuídos Tolerância à Falhas Continuação de funcionamento do sistema, apesar da ocorrência de uma falha em um dos seus componentes Redundância de Hardware Recuperação por Software Disponibilidade do Sistema Medida da proporção de tempo que o sistema está disponível para os usuários. Confiabilidade Probabilidade que o sistema continuará a funcionar dentro de uma escala de tempo.

32 Características Importantes Sistemas Distribuídos Transparência Parece não existir, quando na verdade existe. Tipos de Transparência Transparência de Acesso Ocultação do uso de comunicação para acessar recursos remotos. Ex. Clicar um ícone Transparência de Localização Usuários não têm que saber a localização dos recursos remotos

33 Características Importantes Sistemas Distribuídos Tipos de Transparência Transparência de Concorrência Usuário não está ciente da existência de acesso simultâneo à recursos remotos. Transparência de Replicação Múltiplas instâncias de recursos são usados, mas SD oculta qualquer diferença entre recursos replicados, ou não replicados. Transparência de Falha SD oculta os efeitos de falhas parciais. Transparência de performance SD é reconfigurado para melhorar a performance na medida que a carga varia sem o usuário perceber a configuração.

34 Características Importantes Sistemas Distribuídos Tipos de Transparência Transparência de Migração Potencial para realocar recursos dinamicamente sem que os usuários estejam cientes do movimento de recursos Transparência de escala Oculta a expansão sem mudar a estrutura do sistema.

35 Arquitetura Cliente/Servidor Modelo conceitual, adotado para disciplinar e orientar o projeto e a implementação de aplicações que estão funcionalmente separadas em processos distintos. Uma aplicação distribuída é conceitualmente modelada para ser composta por dois processos cooperantes: o processocliente e o processo servidor. Componentes da computação distribuída: Controle da Concorrência Rede de Computadores Chamadas Remotas a Procedimentos Serviços de Nomes e Diretórios Distribuídos Sistemas de Arquivos Distribuídos SGBDs Cliente/Servidor

36 Referências Bibliográficas Sistemas Distribuídos Conceitos e Projetos. Coulouris, George. [et al]. 5ª. Ed. Porto Alegre. Bookman, Sistemas Distribuídos Princípios e paradigmas. 2ª ed. Tanenbaum, Andrew S. Steen, Maarten Van. São Paulo. Pearson Prentice Hall, Tecnologia de sistemas distribuídos. Marques, José Alves. Guedes, Paulo.