Sistemas Distribuídos

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1 Sistemas Distribuídos Arquitetura de Sistemas Distribuídos Gustavo Reis 1

2 - Arquitetura Em sistemas distribuídos a meta é separar aplicações das plataformas subjacentes, provendo uma camada de middleware Para controlar a complexidade de um sistema distribuído é crucial que esse seja organizado adequadamente A arquitetura deve informar como os vários componentes devem ser organizados e como devem interagir 2

3 - Arquitetura Objetivo: proporcionar transparência de distribuição É preciso fazer compromissos para conseguir transparência de distribuição, resultando em várias técnicas para tornar o middleware adaptativo Sistemas autonômicos: sistema distribuído que monitora o próprio comportamento e toma as providências adequadas quando necessário (contexto) 3

4 - Estilos Arquitetônicos Formado por componentes Como estes componentes estão conectados entre eles Os dados trocados entre eles Forma como este elementos são configurados em conjunto para formar um sistema Um componente é uma unidade modular com interfaces requeridas e fornecidas bem definidas que é substituível dentro de seu ambiente. Desde que sejam respeitadas suas interfaces 4

5 - Estilos Arquitetônicos Principais estilos arquitetônicos para sistemas distribuídos Camadas: um compontente da camada N i tem permissão de chamar componentes da camada N i-1 Modelo adotado amplamente pela comunidade de rede 5

6 - Estilos Arquitetônicos Principais estilos arquitetônicos para sistemas distribuídos Objetos: cada objeto corresponde a um componente Estes componentes estão conectados por meio de uma chamada de procedimento remoto 6

7 - Estilos Arquitetônicos Principais estilos arquitetônicos para sistemas distribuídos Centrada em dados: processos se comunicam através de um repositório comum. Ex.: sistemas que fazem uso sistemas de arquivos distribuídos 7

8 - Estilos Arquitetônicos Principais estilos arquitetônicos para sistemas distribuídos Eventos: processos publicam os eventos após os quais o middleware assegura que somente os processos que se subscreveram para esses eventos os receberão 8

9 Organização dos sistemas distribuídos de acordo com a localização dos componentes que compõem o software Arquiteturas centralizadas Processos divididos dois grupos Servidor: processo que implementa serviços específicos. Ex.: serviços de sistemas de arquivos ou banco de dados Cliente: processo que requisita um serviço do servidor 9

10 Arquiteturas centralizadas Camadas de aplicação: dividido em três níveis, visando sempre o suporte ao acesso de usuários a banco de dados 10

11 Arquiteturas centralizadas Arquiteturas multidivididas: uma abordagem para para organizar clientes e servidores é distribuir os programas presentes nas camadas de aplicação por máquinas diferentes 11

12 Arquiteturas descentralizadas Subdivisão em partes lógicas equivalentes do cliente ou servidor onde cada parte está operando em sua própria porção do conjunto como um todo Ex.: P2P Cada processo age como cliente e servidor (servente) Os processos se organizam em uma redes de sobreposição 12

13 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Rede de sobreposição criada através de um procedimento determinístico Tabela hash distribuída Os itens de dados recebem uma chave aleatória de 128 ou 160 bits de um grande espaço de identificadores Da mesma forma os nós também recebe uma chave aleatória Ponto crucial: implementar sistema eficiente e determinístico para mapear exclusivamente a chave de um item de dado a um único nó 13

14 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Ex.: sistema Chord Rede em anel Identificador do item de dado menor que a chave do nó 14

15 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Ex.: sistema Chord Entrada de um nó Sucessor = 1 Predecessor = {0,1} 2 {6,7,8,9,10} {2,3,4,5} 5 4 Sucessor = 10 Predecessor = 1 15

16 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Ex.: sistema Chord Entrada de um nó Sucessor = 1 Predecessor = {0,1} 2 {6,7,8,9,10} 3 1- Gera aleatoriamente um valor = 8 2- Pesquisa o endereço do nó com a chave {2,3,4,5} 5 4 Sucessor = 10 Predecessor = 1 16

17 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Ex.: sistema Chord Entrada de um nó Sucessor = 1 Predecessor = {0,1} 2 {6,7,8,9,10} 3 Sucessor = 10 Predecessor = {2,3,4,5} 5 4 Sucessor = 8 Predecessor = 1 17

18 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer estruturadas Ex.: sistema Chord Entrada de um nó {0,1} 2 {9,10} 3 8 {6,7,8} 7 6 {2,3,4,5}

19 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer não estruturadas Em grande parte depende de algoritmos aleatórios para construir uma rede de sobreposição Cada nó mantém uma lista aleatória de vizinhos Itens de dados colocados de forma aleatório em cada nó Para encontrar um item de dado deve inundar a rede com uma consulta de busca 19

20 Arquiteturas descentralizadas Peer-to-peer não estruturadas Em grande parte depende de algoritmos aleatórios para construir uma rede de sobreposição Cada nó mantém uma lista aleatória de vizinhos Itens de dados colocados de forma aleatório em cada nó Para encontrar um item de dado deve inundar a rede com uma consulta de busca 20

21 Arquiteturas descentralizadas Superpares (superpeers) Nós especiais que mantém índice de itens de dados Tentativa de eliminar as inundações de mensagens Todo par comum está conectado como cliente a um superpar Toda comunicação de e para um par comum ocorre por meio do superpar 21

22 Arquiteturas híbridas Aspectos arquitetônicos combinados (cliente servidor e P2P) Sistemas de servidor de borda Internet Service Provider (ISP) Disponibilizam servidores de borda para otimizar distribuição de conteúdo e de aplicação 22

23 Arquiteturas híbridas Sistemas distribuídos colaborativos Esquema cliente-servidor para dar a partida na comunicação Após a junção do nó ao sistema toda a comunicação é descentralizada Um arquivo.torrent contém de um rastreador que possui uma lista precisa dos nós ativos que tem o arquivo requisitado 23

24 Arquiteturas x Middleware Middleware é uma camada entre aplicações e plataformas distribuídas Tem a finalidade de proporcionar um certo grau de transparência de distribuição, ocultado até certo ponto das aplicações a distribuição dos dados, processamento e controle Sistemas de middleware seguem um estilo arquitetônico. Ex.: baseados em objeto ou em eventos 24

25 Arquiteturas x Middleware Outra intenção do middleware é que soluções específicas deveriam ser adaptáveis a requisitos de aplicação Existência de várias versões do middleware onde cada uma seja projetada para uma classe específica de aplicação Uma abordagem seria a simplicidade de configurar, adaptar e personalizar conforme necessário para cada aplicação 25

26 Arquiteturas x Middleware Interceptadores: Tem o objetivo de interromper o fluxo de controle usual e permitir que seja executado um outro código Ex.: Um objeto A chama um método de B (que está remoto) Abordagem de 3 etapas: É oferecida ao objeto A uma interface local do objeto B A chamada por A é transformada em uma invocação de objeto genérico A invocação é transformada em uma mensagem que é enviada pela rede 26

27 Arquiteturas x Middleware Interceptadores: 27

28 Arquiteturas x Middleware Interceptadores: 28

29 Arquiteturas x Middleware Abordagens gerais para software adaptativo Os adaptadores oferecem um meio de adaptar o middleware Resultado do fato pelo qual os ambientes (meios de comunicação) estão sempre mudando Motivado pela mobilidade, variância na qualidade do serviço de redes, hardware defeituoso, esgotamento da bateria, etc 29

30 Arquiteturas x Middleware Abordagens gerais para software adaptativo Três técnicas para chegar à adaptação: 1) Separação de interesse: relacionado com o modo tradicional de modularizar sistemas. Separar as partes de interesse. Ex.: confiabilidade, desempenho, segurança, etc 2) Reflexão computacional: capacidade de um programa inspecionar a si mesmo e, se necessário, adaptar seu comportamento 3) Projeto baseado em componente: suporte adaptação por meio de composição. Um sistema pode ser configurado estaticamente durante a elaboração do projeto ou dinamicamente em tempo de execução 30

31 Arquiteturas x Middleware Abordagens gerais para software adaptativo Argumento forte de sistema adaptativo substituição e atualização de componentes durante o funcionamento do sistema sem seu deslligamento Sistemas distribuídos devem ser capazes de reagir a mudanças em seu ambiente O desafie é deixar que tal comportamento reativo ocorra sem intervenção humana 31

32 Arquiteturas x Middleware Autogerenciamento em Sistemas Distribuídos Sistemas distribuídos precisam fornecer soluções gerais de blindagem contra aspectos indesejáveis inerente a redes Computação autonômica (autogerenciadora): sistemas distribuídos com sistemas de realimentação de controle de alto nível que permite adaptação automática 32

33 Arquiteturas x Middleware Autogerenciamento em Sistemas Distribuídos Sistemas distribuídos precisam fornecer soluções gerais de blindagem contra aspectos indesejáveis inerente a redes Computação autonômica (autogerenciadora): sistemas distribuídos com sistemas de realimentação de controle de alto nível que permite adaptação automática 33

34 Arquiteturas x Middleware Autogerenciamento em Sistemas Distribuídos Modelo de realimentação de controle Em sistemas autogerenciadores a adaptação ocorre por meio de um ou mais laços de realimentação de controle O núcleo de um sistema de realimentação de controle é formado pelos componentes que precisam ser gerenciados Três elementos que formam o laço de realimentação de controle: componente de estimativa de medição, componente de análise de realimentação e medidas de ajuste 34

35 Arquiteturas x Middleware Autogerenciamento em Sistemas Distribuídos Modelo de realimentação de controle 35