Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto Classificação de Sistemas Distribuídos e Middleware

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1 Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto Classificação de Sistemas Distribuídos e Middleware Francisco José da Silva e Silva Laboratório de Sistemas Distribuídos (LSD) Departamento de Informática / UFMA 15 de abril de 2013 Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

2 Agenda Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

3 Classificação de Hardware com Várias CPUs Classificação de Hardware com Várias CPUs Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

4 Classificação de Hardware com Várias CPUs Classificação de Hardware Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

5 Classificação de Hardware com Várias CPUs Classificação de Hardware Multicomputadores: Cada processador possui sua própria memória local Multiprocessadores: Os processadores compartilham memória Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

6 Classificação de Hardware com Várias CPUs Multiprocessador em Bararmento Se a cache for suficientemente grande, a taxa de acerto (hit rate) pode ser de 90% ou mais; A cache, no entanto, introduz problemas de consistência; O barramento limita a escalabilidade (usualmente a, no máximo 256 processadores). Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

7 Classificação de Hardware com Várias CPUs Multiprocessadores com Chaveamento Figura: a) Cross-bar; b) Rede ômega Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

8 Classificação de Hardware com Várias CPUs Multiprocessadores com Chaveamento Cross-bar Para n UCPs são necessários n 2 pontos de cruzamento, o que pode ser proibitivo para n grandes; Rede Ômega Perceba que toda UCP pode acessar qualquer memória; A desvantagem é que pode haver vários roteamentos entre uma UCP e a memória sendo acessada. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

9 Classificação de Hardware com Várias CPUs Multicomputador Homogêneo Figura: a)grade; b)hipercubo Mensagens são roteadas pela rede que interconecta os processadores; As duas redes anteriores estão entre as mais usadas; Grande variedade de máquinas: MPPs (Massively Parallel Processors), supercomputadores muito caros; COW (Cluster of Workstations), como clusters Beowulf. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

10 Classificação de Hardware com Várias CPUs Multicomputador Heterogêneo A maioria dos sistemas distribuídos são formados por processadores e redes heterogêneos, variando o tipo de processador, tamanho das memórias e largura de banda de E/S. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

11 Classificação de Hardware com Várias CPUs Taxonomia de Flynn SISD: único fluxo de intruções e um único fluxo de dados. Todos os computadores monoprocessados tradicionais estão nesta categoria; SIMD: um único fluxo de intruções e múltiplos fluxos de dados. - verdadeiramente SIMD ou vector (array) computer (exemplos: ILLIAC IV, GF11, Connection Machine) - pipelined SIMD (exemplos: CRAY-1, CDC Cyber, NEC SX) MISD: múltiplo fluxo de intruções e um único fluxo de dados. Nenhuma máquina funciona neste modelo; MIMD: múltiplo fluxo de intruções e múltiplo fluxo de dados: - Multiprocessadores - Multicomputadores Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

12 Tipos de Sistemas Distribuídos Tipos de Sistemas Distribuídos Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

13 Tipos de Sistemas Distribuídos Tipos de Sistemas Distribuídos Sistemas de Computação Distribuídos Sistemas de Informação Distribuídos Sistemas Distribuídos Pervasivos Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

14 Tipos de Sistemas Distribuídos Sistemas de Computação Distribuídos Muitos sistemas distribuídos são utilizados para computação de alto desempenho: Computação em Cluster (Aglomerados): São essencialmente um grupo de sistemas conectados através de uma LAN; São homogêneos: mesmo SO, hardware idêntico ou muito similar; Possui um único nó de gerenciamento. Master node Compute node Compute node Compute node Management application Parallel libs Component of parallel application Component of parallel application Component of parallel application Local OS Local OS Local OS Local OS Remote access network Standard network High-speed network Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

15 Tipos de Sistemas Distribuídos Sistemas de Computação Distribuídos Computação em grade: muitos nós de diversas origens: Heterogêneos; Dispersos através de várias organizações; Podem compreender uma rede wide-area; Organizações virtuais. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

16 Tipos de Sistemas Distribuídos Sistemas de Informação Distribuídos Existe uma grande variedade de sistemas de informação que utilizam uma arquitetura distribuída; Parte dos sistemas distribuídos em uso atualmente integram sistemas legados; Uma classe importante de sistemas de informação distribuídos são os sistemas de processamento de transações: 1 Atomicidade: todas as operações serão bem sucedidas ou falham; 2 Consistência: a transação não viola invariantes do sistema (exemplo: lei da conservação do dinheiro em transferências no sistema bancário); 3 Isolamento: transações concorrentes não interferem umas com as outras: o resultado final para cada uma delas se apresentará como se todas as transações fossem executadas em sequência em certa ordem; 4 Durabilidade: uma vez confirmada a transação, as alterações são permantes. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

17 Tipos de Sistemas Distribuídos Monitor de Processamento de Transações Em muitos casos, a transação envolve vários servidores. O monitor de TP coordena a execução: Reply Server Transaction Client application Requests Reply TP monitor Request Request Reply Request Server Reply Server Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

18 Tipos de Sistemas Distribuídos Integrando Aplicações Corporativas Muitas vezes é necessário a comunição direta entre aplicações: 1 Remote Procedure Call (RPC) 2 Message-Oriented Middleware (MOM) Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

19 Tipos de Sistemas Distribuídos Sistemas Distribuídos Pervasivos Uma nova geração de sistemas distribuídos estão emergindo: sistemas de computação móvel e pervasivos; Alguns requisitos diferenciados: 1 Ciência de contexto: flutuações do ambiente de execução e descoberta dinâmica de recursos e serviços; 2 Heterogeneidade de rede e de dispositivos; 3 Uso de baterias; 4 Interface com o usuário; 5 Problemas de segurança. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

20 Tipos de Sistemas Distribuídos Exemplos de Sistemas Pervasivos Sistemas de casa: Não devem requerer administrador: devem se auto-organizar; Devem prover um espaço personalizado a cada usuário (agenda, fotos, música, vídeos). Sistemas para tratamento de saúde: Onde e como os dados monitorados devem ser armazenados? Como podemos prevenir a perda de dados essenciais? O que é necessário para gerar e propagar alertas? Como podemos garantir a segurança? Como médicos podem prover feedback online? Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

21 Tipos de Sistemas Distribuídos Monitoração em Sitemas para Tratamento de Saúde Tilt sensor ECG sensor PDA Motion sensors Transmitter GPRS/UMTS External storage body-area network (a) body-area network (b) Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

22 Tipos de Sistemas Distribuídos Redes de Sensores sem Fio Sensor network Operator's site Sensor data is sent directly to operator (a) Operator's site Each sensor can process and store data Query Sensor network Sensors send only answers (b) Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

23 Middleware Middleware Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

24 Middleware Sistemas Distribuídos e Middleware Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

25 Middleware Middleware: Serviços Típicos Facilidades de comunicação - Escondem o baixo nível das primitivas de passagem de mensagens - Ex: RPC, RMI - Acesso transparente a dados: sistemas de arquivo distribuído e banco de dados distribuído Nomeação - Permite a consulta a entidades compratilhadas através de abstrações como páginas amarelas Persistência Transações distribuídas Segurança Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

26 Middleware Middleware e Abertura Em um middleware aberto, os protocolos utilizados em cada nível devem ser os mesmos, assim como as interfaces disponibilizadas às aplicações. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 15 de abril de / 1

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