SISTEMAS DISTRIBUÍDOS ARQUITETURAS. Slides cedidos pela Professora Aline Nascimento

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1 SISTEMAS DISTRIBUÍDOS ARQUITETURAS Slides cedidos pela Professora Aline Nascimento

2 INTRODUÇÃO A organização dos SDs trata em grande parte dos componentes de software que constituem o sistema Os componentes estão espalhados por várias máquinas Os sistemas devem ser organizados adequadamente Organização lógica do conjunto de componentes Estilo Arquitetônico Arquitetura de software Nos diz como vários componentes de software devem ser organizados e como devem interagir A organização física dos componentes Arquitetura de sistema

3 INTRODUÇÃO Estilos Arquitetônicos Arquitetura em camadas Arquitetura baseada em objetos e orientada a serviços Arquitetura centrada em recursos Arquitetura baseada em eventos Arquiteturas de Sistema Arquiteturas Centralizadas Tradicionais Arquiteturas Descentralizadas Arquiteturas Híbridas

4 INTRODUÇÃO Meta importante dos SDs Separar aplicações das plataformas subjacentes fornecendo uma camada de middleware Adotar uma camada de middleware é uma decisão arquitetônica importante Principal finalidade proporcionar transparência de distribuição para isso é necessário um middleware adaptativo Adaptabilidade de um SD também pode ser alcançada através de um sistema autonômico

5 ESTILOS ARQUITETÔNICOS O estilo da arquitetura é formulado em termo dos componentes Como os componentes estão conectados uns aos outros Como os dados são trocados entre os componentes Como os componentes são configurados em conjunto para formar um sistema Componente é uma unidade modular com interfaces requeridas e fornecidas bem definidas que é substituível dentro de seu ambiente.

6 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Conector é um mecanismo que serve como mediador da comunicação ou da cooperação entre componentes. Usando componentes e conectores, podemos chegar a várias configurações, que foram classificadas em estilos arquitetônicos. Arquitetura em camadas Arquitetura baseada em objetos e orientada a serviços Arquitetura centrada em recursos Arquitetura baseada em eventos

7 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquitetura em camadas Os componentes são organizados em camadas Cada componentes da camada L i pode chamar um componente da camada L i-1, mas não o contrário Modelo amplamente adotado pela comunidade de redes O controle flui de camada para camada As requisições descem pela hierarquia Os resultados fluem para cima

8 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquitetura em camadas

9 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Exemplo de Arquitetura em camadas Protocolo de Redes

10 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Exemplo de Arquitetura em camadas Aplicação em camadas Visão tradicional em 3 camadas Nível de interface contém componentes para fazer a interface da aplicação com usuários ou aplicações externas Nível de processamento contém as funções da aplicação, sem dados específicos Nível de dados contém os dados que o cliente deseja manipular através da aplicação

11 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Organização em 3 camadas de aplicação

12 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquiteturas baseadas em objetos e orientadas a serviços Objetos correspondem às definições de componentes Objetos (componentes) são conectados por meio de chamadas de procedimento remotas Um tipo de organização mais solta Arquiteturas em Camadas e Baseadas em Objetos são os estilos mais importantes para sistemas de SW de grande porte

13 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquiteturas baseadas em objetos e orientadas a serviços Objetos correspondem às definições de componentes Objetos (componentes) são conectados por meio de chamadas de procedimento remotas Um tipo de organização mais solta Arquiteturas em Camadas e Baseadas em Objetos são os estilos mais importantes para sistemas de SW de grande porte

14 ESTILOS ARQUITETÔNICOS

15 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquiteturas centradas em recursos (RESTful) O sistema distribuído é visto como uma coleção de recursos gerenciados indviidualmente pelos componentes. Os recursos podem ser adicionados, removidos, recuperados e modificados por aplicações (remotas) 1. Os recursos são identificados por um único esquema de nomeação 2. Todos os serviços oferecem a mesma interface 3. As mensagens enviadas para um serviço ou recebidas do serviço são totalmente auto-contidas 4. Após a execução de uma operação em um serviço, o componente esquece tudo sobre o chamador

16 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Exemplo de arquitetura centrada em recursos Sistema de armazenamento da Amazon Objetos (arquivos) são colocados em buckets (diretórios). Buckets não podem ser colocados em buckets. Operações em ObjectName no bucket BucketName requerem o seguinte identificador (URI): Todas as operações são executadas através de pedidos HTTP: Cria um bucket/objeto: POST URI Lista objetos: GET no nome do diretório Lê um objeto: GET URI

17 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Acoplamento referencial e temporal

18 ESTILOS ARQUITETÔNICOS Arquiteturas baseadas em eventos Processos se comunicam por meio de propagação de eventos Opcionalmente estes eventos podem transportar dados Sistemas Publisher/Subscriber Processos publicam eventos O middleware assegura que somente os processos assinantes irão receber esses eventos. Os processos são fracamente acoplados Processos não precisam se referir especificamente uns aos outros

19 ESTILOS ARQUITETÔNICOS

20 ARQUITETURAS DE SISTEMA A arquitetura do sistema é baseada em decisões a respeito dos componentes de software e sua colocação em máquinas reais Arquiteturas Centralizadas Um servidor que implementa a maioria dos componentes de SW Clientes remotos acessam o servidor usando comunicação simples Arquiteturas Descentralizadas Máquinas desempenham papéis mais ou menos iguais Arquiteturas Híbridas

21 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Modelo Cliente-Servidor Pensar em termos de cliente que requisitam serviços de servidores nos ajudam a entender e gerenciar a complexidade dos SDs Processos são divididos em 2 grupos com possível sobreposição: Processos Clientes Processos Servidores

22 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Modelo Cliente-Servidor Processo Servidor Implementa um serviço específico Ex: Serviço de Sistema de Arquivos, Serviço de BD Processo Cliente Requisita um serviço de um servidor Envia um requisição e espera uma resposta

23 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Modelo Cliente Servidor

24 QUESTÃO 1 Se um cliente e um servidor são colocados longe um do outro, podemos ver a latência da rede dominando o desempenho global. Como podemos resolver este problema?

25 RESPOSTA Pode ser possível dividir o código do lado do cliente em pequenas partes, que podem ser executadas separadamente. Nesse caso, quando uma dessas partes está aguardando a resposta do servidor, podemos usar outra parte. Alternativamente, podemos reorganizar o cliente para que ele possa fazer outros trabalhos, depois de ter enviado uma solicitação ao servidor. Esta última solução eficaz substitui a comunicação cliente-servidor sincronizada por uma forma de comunicação assíncrona.

26 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS A comunicação entre cliente e servidor pode ser implementada por meio de um protocolo simples, que funciona bem em redes locais sem conexão Protocolo sem conexão Cliente empacota uma mensagem e envia diretamente para o servidor sem necessidade de estabelecer uma conexão Se não ocorrerem falhas, será mais eficiente (rápido) É necessária uma rede confiável Se uma mensagem se perder, ela pode ser reenviada?

27 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Protocolo sem conexão Se a resposta se perdeu, reenviar uma requisição pode resultar em executar a operação 2 vezes. E se a operação for algo do tipo, transfira 10 mil da minha conta? E se a operação for algo do tipo, informe quanto dinheiro tenho? Quando uma operação pode ser repetida várias vezes sem causar danos, diz-se que ela é idempotente.

28 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Como alternativa, pode ser usado um protocolo confiável Protocolo orientado a conexão São mais seguros contra falhas Funciona bem em sistemas de longa distância, onde a comunicação é não confiável Sempre que um cliente requisita um serviço, primeiro se estabelece uma conexão com o servidor e depois é enviada a requisição mais lento Estabelecer e encerrar uma conexão custa relativamente caro, em especial quando as mensagens forem pequenas

29 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Muitas vezes é difícil distinguir entre cliente e servidor Exemplo: Um servidor de BD Distribuído pode agir como cliente ao repassar requisições para diferentes servidores de arquivos. Uma ideia é fazer a distinção em níveis lógicos Nível de interface de usuário Nível de processamento Nível de dados Tais níveis foram estabelecidos considerando que muitas aplicações cliente-servidor visam dar suporte ao acesso do usuário a banco de dados

30 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Camadas de Aplicação 1. Nível de interface de usuário Em geral implementado do lado do cliente Este nível consiste em programas que permitem aos usuários interagir com as aplicações 2. Nível de processamento Contém as aplicações 3. Nível de dados Gerencia os dados propriamente ditos Normalmente implementado no lado do servidor

31 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Arquiteturas Multidivididas Com base na organização de três níveis lógicos discutida anteriormente, é necessária a distribuição física. Como distribuir as camadas entre as máquinas? A maneira mais simples é ter apenas dois tipos de máquinas: Máquina cliente Interface Máquina servidor processamento e dados Porém, existem várias possibilidades para a distribuição física de uma aplicação cliente-servidor

32 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Arquiteturas Multidivididas

33 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Divisão da Interface do Usuário Ter na máquina do cliente somente a interface do usuário que é dependente do dispositivo. As aplicações tem controle remoto sobre a apresentação dos seus dados.

34 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Divisão da Extremidade Frontal Gráfica Todo o software de interface de usuário está localizado no lado do cliente O software cliente não faz nenhum processamento, exceto o necessário para apresentar a interface da aplicação A máquina do servidor contém todo o resto, ou seja, os níveis de processamento e de dados.

35 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Divisão da Aplicação Todo o software de interface de usuário está no lado do cliente Formulário que precise ser completamente preenchido antes do processamento. Cliente pode verificar a correção e consistência Editor de texto com funções básicas no cliente e ferramentas avançadas no servidor

36 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Divisão da Extremidade da Aplicação Quando grande parte da aplicação executa na máquina cliente, mas todas as operações com arquivos e entradas em banco de dados vão para o servidor.

37 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Divisão do Banco de Dados Situação em que o disco local do cliente contém parte dos dados. Ao consultar páginas Web, por exemplo, o cliente pode gradativamente construir uma enorme cache em disco local com páginas web mais recentemente consultadas.

38 ALTERNATIVAS DE DISTRIBUIÇÃO Clientes gordos (fat clients) Configurações D e E São populares quando os clientes são PCs ou estações de trabalho conectadas por meio de uma rede a um sistema de arquivo distribuído ou a um banco de dados Máquinas clientes com mais funcionalidades são mais propensas a erros mais difíceis de gerenciar Clientes magros (thin clients) - Configurações A, B e C São mais fáceis de gerenciar As soluções do lado do servidor estão se tornando cada vez mais populares servidores distribuídos

39 ARQUITETURAS CENTRALIZADAS Arquitetura de três divisões (físicas) Servidor pode agir como cliente

40 QUESTÃO 2 O que é uma arquitetura cliente-servidor de três níveis?

41 RESPOSTA Uma arquitetura cliente-servidor de três níveis é constituída por três camadas lógicas. A camada superior consiste de uma interface de utilização do cliente, a camada do meio contém a aplicação real (regras de negócio) e, a camada inferior implementa os dados que estão sendo utilizados.

42 QUESTÃO 4 Considere-se uma cadeia de processos de P1, P2,..., Pn implementando uma arquitetura cliente-servidor multicamada. O processo Pi é cliente de um processo Pi+1, e Pi retornará uma resposta para Pi-1, somente após receber uma resposta de Pi+1. Quais são os principais problemas com esta organização quando se examina o desempenho de requisição-resposta no processo P1?

43 RESPOSTA Espera-se um desempenho ruim para um n grande. O problema é que cada comunicação entre duas camadas sucessivas é, em princípio, entre duas máquinas diferentes. Outro problema é que, se uma máquina na cadeia funciona mal ou mesmo está temporariamente inacessível, então esta irá imediatamente degradar o desempenho em um nível mais alto.