Sistemas Distribuídos. Nomeação. Nazareno Andrade. Universidade Federal de Campina Grande 02/2008

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1 Sistemas Distribuídos Nomeação Nazareno Andrade Universidade Federal de Campina Grande 02/2008

2 Fundamentos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos 2

3 Fundamentos Coordenando processos Mensagens (e fluxos): UDP, TCP, MPI, Enfileiramento, Gossiping RPC e objetos distribuídos: RMI Mensagens vs. RPC Nomeação Sincronização e replicação Construíndo sistemas Sistemas construídos 3

4 Objetivos Compreender o uso de nomes em sistemas distribuídos Entender o processo de descoberta de recursos em diferentes tipos de sistema distribuído Analisar o espaço de soluções para um sistema de nomes distribuído 4

5 Pra que nomes? Como um componente do sistema usa nomes? O queum serviço de descoberta (ou de nomes) precisa ser capaz de fazer? Nomesúteis a seres humanos são os mais apropriados para o serviço? E se não quero usar um nome, mas atributos da entidade? 5

6 O serviço de nomes ou de descoberta de recursos mapeianomes ou atributos parapontos de acesso a entidades Um nome referencia uma entidade Ponto de acesso acesso àentidade Endereço nome do ponto de acesso 6

7 Endereços na prática Qual o mapeamento ponto de acesso entidade? Porquenão usamos sempre o endereço como nome? Mobilidade de dispositivos, de código, de serviços Múltiplos servidores replicados Qual a relação disso com transparência? 7

8 Identificadores Outro tipo de nome 1. Identifica no máximo uma entidade 2. Entidade tem no máximo um identificador 3. Identificadores não são reutilizados Como isso é possível? 8

9 Atributos E se eu quero uma descoberta de recursos menos acoplada? Quero a máquina menos carregada do sistema Atributos podem referenciar entidades 9

10 O problema Dado que temos nomes, identificadores, atributos e endereços Como resolver [nome ou identificador ou atributos] endereço(s)? Essencialmente, usando uma tabela Centralizada, hierárquica, distribuída,... Para sistemas de nomes distribuídos, resolver épróximo de rotear 10

11 Onde estamos Pra que servem nomes Resolvendo identificadores Nomes estruturados Atributos 11

12 Resolvendo identificadores Nomeadores podem ter referência ao endereço da entidade? Problema0: Localizar máquina na rede com endereço MAC XYZW Localizarmáquina que roda o DHCP na rede 12

13 Problema 1: entidades que se movem Ponteiros repassadores Localização nativa 13

14 DHTs Tabelas hash distribuídas escalabilidade Operação central: lookup(chave) Princípios: 1. Mapear chaves para nós de forma balanceada 2. Função de distância entre chave e id de um nó 3. Um nóque recebe uma requisição deve ser capaz de repassá-la a um nómais perto de key ou respondê-la 4. Tabelas de roteamento devem ser adaptativas As principais diferenças estão na implementação da função de distância e na construição da tabela de roteamento 14

15 Roteamento com skiplists: Chord Espaço mesmo de nomes para nós e objetos Distância é distância entre identificadores em lista circular Objeto está em succ(k) Tabela de roteamento (finger table) de p: FT p [i] = succ(p + 2 i-1 ) Roteamento: Envie para nócom índice j em FT tal que FT p [j] k FT p [j+1] (envia para sucessor, caso não haja nós assim) 15

16 16

17 Detalhes operacionais A topologia precisa ser mantida Nós monitoram sucessor e predecessor Periodicamente verifico se eu == predecessor de meu sucessor Se ele falhou, procuro um novo sucessor Se meu predecessor falha, salvo essa informação e aguardo contato de novo predecessor Redundância nos sucessores aumenta robustez A topologia da overlay pode explorar topologia da rede IDs podem ser distribuídos de acordo com topologia da rede 17

18 Roteamento com árvores Pastry, Tapestry e Kademlia usam uma árvorepara construir tabela de roteamento Em Kademlia a distância entre k e i ék XOR i Para identificadores de 128 bits, cada nóconsidera 128 distâncias possíveis Para cada distância, mantem uma lista de nós naquela distância No momento da busca, envia requisições recursivas para os nós da distância mais próxima do id 18

19 Exemplo Kademlia Divisão da rede para nó

20 Busca no Kademlia Busca por

21 Sistemas de nome hierárquicos Nós-folha têm conhecem endereço do identificador Nós um nível acima, conhecem que nós abaixo resolvem um identificador 21

22 22

23 Onde estamos Pra que servem nomes Resolvendo identificadores Nomes estruturados Atributos 23

24 Nomeação estruturada Identificadores não são bons para seres humanos Nomes estruturados são mais intuitivos: Espaço de nomes éum grafo: Nós-folha são entidades nomeadas Demais nós são diretórios àlásistemas de arquivos Tipicamente, há uma raiz, geralmente não há ciclos Tudo muito parecido com sistemas de arquivos. Como funciona a resolução de ls nome? 24

25 Resolução de nomes estruturados distribuída Mecanismo de fechamento Determina por onde começar a resolução Sistemas de arquivos: / Variáveis de ambiente unix: espaço de nomes do usuário Montagem Combinar espaços de nomes distribuídos FS éum bom exemplo novamente 25

26 Nomes estruturados em grande escala Camadas com diferentes requisitos Replicação horizontal e caching para escalabilidade e disponibilidade 26

27 Resolução iterativa vs. recursiva Vantagens / desvantagens? Caching Localidade de tráfego 27

28 Exemplo: DNS Espaço de nomes na verdade é Domínios == sub-árvores do espaço de nomes Conteúdo de um nóna árvore Além do que usamos: servidor de para esse nome, do administrador, IPs alternativos, servidor de nomes desse domínio,... 28

29 29

30 Raiz do DNS 30

31 Onde estamos Pra que servem nomes Resolvendo identificadores Nomes estruturados Atributos 31

32 Atributos Nem sempre nomes são suficientes Atributos referenciam entidades por características Cada entidade tem conjuntos (atributo, valor) Por vezes hádistinção entre serviços que usam nomes e atributos Nomes Serviço de nomeação Atributos Serviço de diretório 32

33 Atributos: Implementação hierárquica LDAP é um padrão bastante usado Cada recurso é descrito por uma tabela de atributos dsc.ufcg.edu.br == /C=BR/TO=edu/O=ufcg/OU=DSC/ Oespaço de nomes édividido em uma árvore A árvore édividida em nós Parece um DNS, mas com pesquisas mais complexas Search((C=BR)(TO=edu)(O=ufcg)(OU=*)) 33

34 Atributos: implementação decentralizada estruturada Várias abordagens, ainda nenhum consenso SWORD: Identificadores dos nós não são mais hashes Identificador = [bits identificando atributo + bits identificando valor + bits aleatórios] Um nóéresponsável pelo atributo k, outro por k > 50, outro por k > 75,... Consulta na DHT na verdade procura índices de atributos 34

35 Atributos decentralizados e nãoestruturados Explorando localidade em redes P2P Nós procuram outros nós com interesses semelhantes e se aproximam deles Gossiping éútil aqui IMM: encontrando nómenos carregado em uma árvore de multicast Um nóque esteve rápido recentemente provavelmente estará rápido agora Há também a descoberta semi-estruturada, com supernós... 35

36 Recapitulando Pra que servem nomes Endereços, nomes, identificadores e atributos Resolvendo identificadores Broadcast, hierarquia, DHTs Nomes estruturados Fechamento, montagem, resolução iterativa vs. Recursiva Atributos Implementação hierárquica Implementação decentralizada estruturada Implementação decentralizada não-estruturada 36

37 Mais sobre esse assunto DHTs: Visão geral: Looking up data in p2p systems Artigo do Kademlia DNS: Livroonline explicando e mostrando porque o DNS ainda é suficiente Nomes em geral: Naming and binding of objects, 1978: artigo filosófico sobre sistemas de nomes (nomenclatura hoje em desuso) 37

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