Sistemas Distribuídos na Web

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Gilberto Amorim Pacheco
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1 Sistemas Distribuídos na Web Alysson Neves Bessani Departamento de Informática Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Arquitectura da Web Criada por Tim Berners-Lee no CERN de Geneva Propósito: partilha de documentos Desde 1994 mantida pelo World Wide Web Consortium (W3C) Padronização da WWW Actualmente, a Web não é apenas usada para partilha de documentos, mas também para aceder, partilhar e compor serviços e aplicações Arquitectura de um sistema Web tradicional: O acesso a um servidor web

2 Arquitectura da Web Alguns tipos de documentos Web São usualmente codificados como tipos MIME (Multipurpose Internet Mail Exchange) Estes tipos podem ser embebidos dentro de outros documentos Arquitectura da Web Um problema fundamental da Web é que sua arquitectura básica é estática Acedemos e modificamos documentos (ficheiros) Para resolver este problema foram criadas várias extensões a Web A mais popular é o CGI (Common Gateway Interface) Ideia fundamental: servidor delega a geração da resposta a um programa externo O uso de CGIs nos permite gerar páginas dinamicamente a partir dos dados enviados pelo cliente (usualmente recolhidos em formulários) e bases de dados Arquitectura em três camadas: Servidor Web, Servidor de Aplicação, Base de dados

3 Arquitectura Web Programas CGI são processos externos que executam processamento de requisições Para cada requisição que chega, um processo é criado para gerar a resposta Um abordagem mais moderna é o uso de scripts executados do lado do servidor Neste modelo, o documento é interpretado pelo servidor e qualquer script embebido a ele é executado, gerando conteúdo adicional a ser incluído no documento Alguns exemplos de tecnologias deste tipo: JSP, ASP.Net e PHP JSP (JavaServer Pages) <html> <head> <title>hello JSP</title> </head> <body> <% //aqui posso meter código Java out.println("hello World!"); %> </body> </html> Após execução <html> <head> </head> <body> Hello World! </body> </html> <title>hello JSP</title> Arquitectura Web Processamento de JSPs, i.e., arquitectura Web do Java Enterprise Edition (o PHP e o ASP são mais ou menos similares) HTTP Request Container Web (servidor Web + aplicação) Compilador Java Compilador JSP request HTTP Response Servlet Servlet response Class Loader bytecode JSP Sistema de Ficheiros

4 Nomes na Web URI: Unified Resource Identifier Dois tipos de URI: URN (UR Name): nome independente de localização URL (UR Location): nome dependente de localização (Actualmente, as URNs estão cada vez mais parecidas com as URLs) O formato de uma URI é definido pelo seu esquema (que faz parte do nome na URI) Alguns exemplos HTTP: O protocolo da Web HTTP: Hyper Text Transfer Protocol Protocolo em nível de aplicação que normalmente é usado sobre TCP O protocolo é centrado em mensagens de texto (mas suporta conteúdo binário) No HTTP, os clientes enviam pedidos aos servidores Métodos suportados: GET, POST, PUT, HEAD e DELETE Inicialmente (HTTP 1.0), cada operação exigia uma conexão TCP (a) Actualmente (a partir do HTTP 1.1), por questões de eficiência, utilizam-se conexões persistentes (b), usadas para executar várias operações.

5 RPC na Web: Web Services Originalmente, os clientes Web eram sempre navegadores Web Hoje em dia, isso já não é verdade devido a popularização dos Web Services (WS) De facto, a arquitectura WS básica nada mais é que uma concretização de RPC sobre tecnologias Web Alguns padrões fundamentais para WS: WSDL: linguagem de descrição dos Web Services (semelhante a IDL dos RPCs) UDDI: serviço de directoria e nomes onde se armazenam endereços de Web Services SOAP: sintaxe de protocolo centrada em XML SOAP HTTP TCP/IP/ Exemplos de Web Services: Amazon S3, MEO (consultar programação), National Weather Service (previsão do tempo) RPC na Web: Web Services SOAP: Simple Object Access Protocol O SOAP foi projectado sobre a premissa de que as partes comunicantes partilham muito pouco conhecimento daí o uso de XML (extensible Markup Language) Mensagens são enviadas em envelopes SOAP: cabeçalho (opcional) e corpo (mensagem) Comunicação RPC via SOAP pode ser concretizada sobre SMTP ou HTTP Exemplo de mensagem SOAP: Nome do serviço a acedido Processar mensagens em XML é muito mais lento que processar mensagens binárias. Não há muita vantagem nelas serem texto já que seres humanos não entendem XML. Nome da operação e parâmetro

6 Clientes Web Os principais clientes Web são os navegadores (browsers) Apresentam os documentos para o utilizador Correm linguagens de scripts como Javascript Podem ser estendidos através de plugins (e.g., pdf, flash, Java) Outro tipo de cliente Web são os proxies: servidores que também são clientes Arquitectura de um Navegador Web Cache Servidores Web Servidor (teoricamente) muito simples que concretizam os métodos HTTP para manipulação de documentos Servidor Web Apache ( Usado em mais de 70% dos sites na Internet (em 2008) Altamente configurável e extensível Hooks: Fases do processamento de uma requisição (e.g., tradução da URL no nome do ficheiro local) Modules: Conjuntos de funções que são executadas pelos hooks (e.g., lidar com ficheiros PHP)

7 Clusters de Servidores Web Tendo em vista que um servidor Web pode ser acedido por muitos clientes ao mesmo tempo, uma forma de aumentar a escalabilidade do serviço é replicar os servidores e realizar balanceamento de carga A arquitectura geral requer um front end que receba as requisições e as distribua Um problema que pode surgir é o front end se tornar um funil Clusters de Servidores Web Na prática, utiliza-se a distribuição de requisições de acordo com seu conteúdo, ou Content-aware request distribution: Algumas possibilidades que isso nos dá:» enviar as requisições pelo mesmo documento para o mesmo servidor» distribuir (e não replicar) os documentos pelos servidores» ter servidores específicos para certos tipos de documentos (e.g., vídeo) Entretanto, se vamos analisar cada uma das requisições, o front end executa uma quantidade muito maior de trabalho (e o problema de ser funil piora) Faz-se necessária então uma arquitectura mais sofisticada:» O encaminhamento de requisições, a decisão de que servidor lida com que requisição e a associação de conexões a requisições são divididas por diferentes máquinas

8 Clusters de Servidores Web Decide que servidor atende a nova conexão. Envia pedidos de conexão ao distribuidor Associa um servidor a uma conexão. Outras opções para balanceamento de carga: DNS round-robin: um domínio é associado a múltiplos endereços IP, que são retornados pelo DNS seguindo a política round-robin Enviar as requisições a todos os servidores (numa LAN), e eles decidem (de forma descentralizada), quem vai atender a requisição Replicação na Web: Caches e Proxies O bom funcionamento da Web depende, em certa medida, da replicação de conteúdo em caches distribuídos pela Internet Existem duas formas básicas de caches na Web: Cache dos navegadores: documentos acedidos são armazenados localmente Proxies de rede: servidores especializados armazenam os conteúdos acedidos por utilizadores duma determinada organização Proxies podem ser organizados: Hierarquicamente Cooperativamente Cache cooperativo entre diversos proxies

9 Replicação na Web: Caches e Proxies Limitações do uso de caches e proxies: Muitos documentos são dinâmicos (e.g., página do serviço de meteorologia) Se o documento não estiver na cache do proxy, a latência de acesso piora, pois temos de acede-lo. Tudo depende da popularidade dos conteúdos Consistência de Cache: Como manter a cache (no navegador ou no proxy) consistente?» Mesmo que o proxy tenha um documento requisitado em cache, ele envia uma mensagem HTTP get ao servidor do documento com o cabeçalho If-Modified-Since especificando o instante de tempo em que o documento foi recebido e armazenado em cache» Se o servidor modificou o documento, ele envia uma nova versão, caso contrário, o proxy retorna o documento em cache Esta estratégia é ineficiente» O melhor é usar o documento em cache por um tempo de expiração (e.g., Servidor de proxy Squid - Replicação na Web: Redes de Distribuição de Conteúdo Sistemas mais avançados utilizam redes overlay de distribuição de conteúdos Em geral, o que se replica nessas redes são os conteúdos embebidos (vídeos, imagens, áudio, etc.) em documentos (que muitas vezes são dinâmicos) O exemplo da Akamai (usada pela MTV, Adobe, MySpace, NBA, Fox, etc ) servidores espalhados por 70 países (dados de 2006)

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