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1 Autoria 1 versão Alunos de disciplina do PPGC Sistemas de Arquivos Distribuídos: DFS Versão atual V10, nov 2008 C. Geyer Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 1 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 2 Projeto de Súmula Projeto implementação tendências Sistemas de Arquivos Distribuídos (DFS) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 3 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 4 1

2 Funções de um Sistema de Arquivos Distribuído Roteiro Conceitos Básicos Interface do Sistema de Diretórios Interface do Serviço de Arquivos Semântica de Compartilhamento de Arquivos Exemplos Armazenar e compartilhar programas e dados idênticas às de um sistema centralizado Ênfase na disponibilidade, confiabilidade e segurança Desempenho questão importante porque acessos remotos podem ser significativamente mais lentos que os locais não se pretende em geral que o SAD seja mais rápido que um SA local mas sim que a degradação seja aceitável Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 5 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 6 Distinção entre Servidor de arquivos e Serviço de arquivos Serviço de Arquivos (File Service) especificação do sistema de arquivos interface: primitivas, parâmetros e ações visão do cliente Servidor de Arquivos (File Server) processo(s) que executa(m) o File Service implementação Componentes básicos de serviço de um DFS interface de serviço de diretórios interface de serviço de arquivos Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 7 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 8 2

3 Interface do sistema de diretórios: visão geral Cria/Remove diretórios, (re)nomeia arquivos e altera-os de posição Nomes de arquivos (nome + extensão) Organização de Diretórios Árvore ou hierárquico Grafo links a qualquer outro diretório cuidado com loops e perda de diretórios mais complexo em sistemas distribuídos devido falta de memória global (compartilhada) Organização de Diretórios A B C D E (a) Árvore de Diretórios B 2 Máquina 1 A 0 C 1 D 1 E 1 Máquina 2 (b) Grafo de Diretórios Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 9 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 10 Interface do sistema de diretórios: visão geral Visão dos usuários única ou não mounting: permite visão com diferentes caminhos por diferentes clientes Diretório raiz global, único: desejável opção: subdiretórios são unicamente servidores caminho: /servidor i /path exemplo: Unix clássico, NFS diversos exemplo: Windows: cada unidade (letra) tem uma raiz distinta Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 11 Transparência de nomes Transparência de Localidade nome completo (path) não indica a localização do arquivo (qual máquina) exemplo: /servidor1/arquivo servidor1 pode estar em qualquer máquina exemplo: NFS Independência de Localidade transparência de migração arquivo pode ser movido sem alteração de nome (path) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 12 3

4 Nomeação em dois-níveis Nomes simbólicos (ASCII) usados pelos usuários Nomes binários (sistema) usados pelo servidor mapeamento simbólico -> binário opções em sistemas distribuídos somente posição local indicação de servidor + posição local Links simbólicos (x links físicos hard) caminhos completos, podendo incluir servidor permite acessar outros servidores Nomeação em dois-níveis nomes binários múltiplos usualmente original e cópias de segurança permite escolher o melhor servidor no momento mais disponível Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 13 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 14 Interface do serviço de arquivos (cont.) Interface do serviço de arquivos: visão geral estrutura dos arquivos seqüência de bytes (DOS, Unix): mais comum em DFS registros (mainframes) organizações indexadas atributos de arquivos proprietário, tamanho, datas, direitos de acesso,... Arquivos modificáveis ou imutáveis imutáveis: simplifica uso de cache e replicação Segurança capabilities: por usuário/objeto (arquivo) listas de controle de acesso: por arquivo/usuário ou tipo de usuário exemplo: bits de proteção do Unix (lista simplificada) Modelos de acesso Upload/Download Acesso Remoto Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 15 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 16 4

5 Modelo Upload/Download Cliente (2) (1) (3) Servidor Arquivo atual 1. O arquivo é transferido para o cliente 2. Os acessos ao arquivo são feitos exclusivamente no cliente 3. Quando o cliente termina, o arquivo é reenviado ao servidor Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 17 Arquivo antigo Modelo Upload/Download Vantagens Interface simples: Entre cliente / servidor 2 primitivas principais Read/Write arquivo Eficiência na execução do cliente (acesso local) Desvantagens Espaço suficiente nos clientes Granularidade da aplicação do cliente -> eventual desperdício no uso da rede Exemplo Andrew File System (AFS) => /cache (blocos 64Kb) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 18 Modelo de Acesso Remoto Cliente Servidor Os arquivos permanecem no Servidor Apenas as partes necessárias do arquivo são repassadas ao Cliente Modelo de Acesso Remoto Sistema de arquivos executa no servidor (operações) Maior complexidade (primitivas) Requer pouco espaço de armazenamento nos clientes Aplicações de granularidade baixa são beneficiadas Pode seguir o modelo cliente/servidor (request/reply) ou usar Caching => desempenho melhor Exemplos: com caching: NFS, Locus, Sprite, Spring sem caching: Amoeba Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 19 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 20 5

6 Semântica de compartilhamento: tipos Semântica do tipo Unix Semântica de Sessão Arquivos Imutáveis Transações Atômicas Semântica do tipo Unix Efetua ordenação temporal das operações (R/W) efetuadas nos arquivos Um Read nota os efeitos de todos os Writes anteriores Assegura a leitura do valor mais recente (último Write) Podem compartilhar ponteiros para arquivos Simples em um Sistema Distribuído: com um único servidor (seqüenciador de operações) clientes sem cache (evita a propagação de atualizações) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 21 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 22 Semântica do tipo Unix (cont.) Múltiplos servidores: solução para tolerância a falhas melhor desempenho Cache nos clientes: solução para menor tráfego de mensagens Uso de cache e/ou múltiplos servidores semântica diferente ou degradada em geral exemplo: NFS da Sun Tentativas de emulação distribuída do Unix Ex: Sprite, Locus (ver Silberschatz) manter compatibilidade (mesma semântica) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 23 Semântica de Sessão Efetua ordenação temporal das operações (R/W) efetuadas nos arquivos por sessão (open - close) Mudanças em um arquivo aberto são visíveis somente ao processo que modificou o arquivo somente no fechamento as atualizações são visíveis aos outros processos Não garante a leitura dos valores reais (atuais) Problema: 2 ou mais clientes modificando o mesmo arquivo => qual o conteúdo final? SGBDs devem usar outra semântica ( Serialização ) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 24 6

7 Semântica de Arquivos Imutáveis Existem somente 2 operações: CREATE e READ Uma operação de WRITE equivale a criar um arquivo no diretório com o mesmo nome anterior mais um índice de versão Não atualiza os arquivos, e sim, os diretórios Problema: um arquivo é modificado enquanto outro processo efetua um READ Exemplo: Amoeba (Bullet Server) Semântica de Transações Atômicas Acessos a arquivos são feitos por primitivas do tipo: BEGIN/END TRANSACTION Não há interferência entre transações concorrentes são serializadas se necessário Similar aos modelos de SGBDs Oferece as propriedades ACID (BD) - total ou parcialmente Exemplo: Cambridge File System (CFS) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 25 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 26 Resumo Comparativo Abordagem Semântica do tipo UNIX Semântica de Sessão Arquivos Imutáveis Transações Atômicas Comentário Cada operação em um arquivo é visível a todos os processos Nenhuma mudança é vista por outros processos até a execução de um CLOSE Nenhuma atualização é permitida Operações do tipo tudo-ou-nada Considerações de Projeto Granularidade dos dados (AFS - 64Kb, Unix - 4 ou 8Kb) Localização da Cache (memória ou disco) - confiabilidade Política de Modificação write-through delayed-write write-on-close Consistência dos dados no cliente Cliente (AFS) Servidor (Sprite) Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 27 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 28 7

8 Exemplo UNIX 4.2 BSD: cache de 400Kb, blocos de 4Kb, delayedwrite de intervalo = 30seg. Sem. de compartilhamento e Política de Modificação Sessão -> write-on-close Unix -> write-through Amoeba (Univ. Vrije, Holanda) Sem caching, write-through, arquivos imutáveis (Read, Create, Delete), modo usuário Sprite (Univ. Califórnia, Berkeley) Cache dinâmico (4Kb), semântica Unix (versões de arquivos), delayed-write (30 seg.), kernel-mode Locus (UCLA) Semântica - Unix, delayed-write, tokens de Read e Write, Semântica de Bloqueio possível Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 29 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 30 NFS (Sun) Acesso remoto + caching (UDP & RPC), read-ahead e delayed-write, cache (4Kb), semântica não definida (dependente do tempo) AFS (Univ. Carnegie Mellon) Caching (64Kb), semântica de sessão, kernel-mode Spring (Sun) Caching, semântica Unix (mem. comp. distr.), capabilities, ACLs, user-mode [Lev90] Levy, E. & A. Silberschatz Distributed File Systems. ACM Comp. Surv., dezembro [Dou90] Douglis, F. et al. A comparison of two Distributed Systems: Amoeba and Sprite. Comp. Systems. [Nel93] Nelson, M. N. The Spring File System. Tech. Rep. SMLI TR Sun Microsystems Laboratories. [Ous88] Ousterhout, J. K. et al. The Sprite Network Operating System. IEEE Computer, Fevereiro Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 31 Sistemas Distribuidos Sistema de Arquivos Distribuídos 32 8

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