Sistemas Distribuídos
Coleção de computadores independentes conectados por uma rede e equipados com um software distribuído
Ao usuário dão a impressão de um sistema único
Um único sistema middleware
Características
Compartilhamento de recursos
Concorrência de processos ➡ Acesso concorrente e recursos compartilhados requer sincronização
Heterogeneidade ➡ Implementação de diferentes desenvolvedores; middleware para suportar heterogeneidade e oferecer sistema único
Objetivos
Acesso ➡ Ligação entre usuários e recursos
Transparência ➡ Oculta o funcionamento real para o usuário, aparenta ser um único sistema
Flexibilidade / Extensibilidade ➡ Adicionar novos componentes deixar aparente para o usuário
Escalabilidade ➡ Capacidade do sistema em lidar facilmente com uma quantidade crescente de trabalho
Medição da escalabilidade: Tamanho (nº de processos/usuários), Geográfica (distância max entre nós) e Administrativa (nº de domínios administrativos)
Gargalos em SD: Serviços Centralizados, Dados Centralizados e Algoritmos
Middleware
Software que conecta programas separados
Conjunto de serviços que permite a interação via rede de múltiplos processos em 1/+ máquinas
Fica entre aplicação e SO
Pode estar em organizações diferentes
Processos em execução da App A se comunicam com os processos da App B
Vantagens
Interface (API) padrão e provê serviços comuns de troca de mensagens entre componentes do sistema, reduz complexidade p/ camadas de baixo nível (interface específica)
Transparência de localização
Cliente e servidor não precisam se conhecer diretamente
Isolamento de componentes da aplicação
Computação distribuída X Computação paralela Distribuído ➡ fracamente acoplado Paralelo ➡ fortemente acoplada
Tipos de Sistemas Distribuídos
Computação em Cluster (Cluster Computing)
Homogênea
Hardware ➡ Conjunto de PCs semelhantes
Conexão entre hardware ➡ LAN
Software ➡ Mesmo SO, geralmente único programa executado em paralelo
Usado para computação paralela
Fortemente acoplado entre os nós
Computação em Grade (Grid Computing)
Heterogeneidade
Hardware diferente
Rede de pesquisa mundial para criar novos serviços de rede
RNP faz parte
Computação em Nuvem (Cloud Computing)
Uso de recurso de computação
Igual ao consumo de eletricidade (serviço terceirizado)
Alternativa a construir e manter infraestrutura de computação
Empresas utilizam para backup
Sistemas Distribuídos Pervasivos
Instabilidade é o comportamento esperado desses sistemas (instabilidade dos componentes)
Dispositivos de computação moveis e embarcados
Alimentação por bateria, mobilidade, conexão sem fio
Ausência de controle administrativo, podem ser configurados pelos proprietários
Sistemas de Informação Distribuídos
Sistemas corporativos p/ integrar aplicações prezando a interoperabilidade
Sistemas de processamento de Transações
Processamento de Transações
Primitivas especiais: BEGIN_TRANSACTION, END_TRANSACTION, ABORT_TRANSACTION, READ, WRITE
Transações ACID
Atômicas ➡ Indivisível
Consistentes ➡ Dados válidos antes e depois da transação de transferência
Isoladas ➡ Transações concorrentes não interferem uma com as outras
Duráveis ➡ Alterações são permanentes após transação finalizada
Transação aninhada: Transação com subtransações (ex. pix de um banco para outro banco, duas bases de dados diferentes)
Monitor de processamento de transação (TP) ➡ Permite que app acesse vários servidores e BDs oferecendo um modelo transacional, monitora efetivação das transações e retorna para app cliente
Características ➡ Interfaces bem definidas e totalmente disponíveis (públicas); IDL (Linguagem de Definição de Interface) - nomes das funções, tipos de parâmetros, valores de retorno e possíveis execuções
IDL ➡ linguagem de definição, não de programação, utilizada para definir interfaces
Integração de Aplicações Corporativas
Necessidade das aplicações se comunicarem
Middleware de comunicação ➡ RPC, RMI, MOM
Reusabilidade
Cliente não sabe de detalhes da implementação
Estilos Arquitetônicos
Um estilo arquitetônico é determinado por:
Componentes ➡ Unidade modular com interfaces bem definidas; substituível dentro do ambiente
Conexões
Dados intercambiados
Formas de configuração
Arquitetura em Camadas
Componentes organizados em camadas
Componente da camada N tem permissão para chamar componentes da camada N-1
Exemplo: camadas de redes TCP/IP
Arquitetura baseadas em Objetos
Objetos são componentes ➡ pode ser um objeto, procedimento, função, ou até 4/5 linhas de código assembly
Objetos são conectados a outros por chamada remota de métodos
Utilizada em sistemas cliente-servidor
Arquitetura centradas em Dados
Componentes de comunicam através de um repositório comum (como uma "caixa postal" fracamente acoplada)
Utilizado em sistemas pervasivos
Arquitetura baseadas em Eventos
Sistema publish-subscribe
Componentes publicam eventos e somente os que se subscreveram recebem estes eventos
Fracamente acoplados -➡ não invocam explicitamente um ao outro (ex. Apache Kafka)
Arquiteturas de Sistemas
Arquiteturas Centralizadas
➡ Netflix, site de notícias, online bank, etc
Modelo Cliente-Servidor
Papéis bem definidos de servidor e cliente
Processos são divididos em 2 grupos
Servidor ➡ Implementa um serviço especifico
Cliente ➡ Requisita um serviço ao servidor
Forma de interação ➡ Request-response
Arquitetura centralizada com camadas de aplicação Considerando muitas aplicações e a sua escalabilidade, modelo cliente-servidor pode ser dividido em 3 camadas:
Nível de Interface de usuário
Nível de processamento
Nível de dados
Arquitetura centralizada com arquiteturas multidivididas Gerenciamento de sistema:
Clientes gordos (fat clients)
Clientes magros (thin clients)
Distinção clara:
Arquitetura de duas divisões
(cliente e servidor)
Arquitetura de três divisões -➡ Recebe e faz a requisição
Cliente
Servidor
Servidor que pode agir como cliente
Servidor de aplicação se destina apenas a processar requisições, os dados são manipulados na Base de Dados
Arquiteturas Descentralizadas
➡ Sistemas Peer-to-Peer (P2P), como o Chord
Possuem 2 distribuições
Distribuição Vertical
Componentes logicamente diferentes em máquinas diferentes
Cada máquina executa um conjunto específico e pré-determinado de funções
Papéis bem definidos
Distribuição Horizontal
Cliente ou servidor pode ser fisicamente subdividido em partes logicamente equivalentes
Pode possuir porção própria de dados (dividir tarefas)
Balanceamento de carga
Papéis não muito bem definidos
Peer-to-Peer (P2P)
Processos são todos iguais e flat
Cada processo age ao mesmo tempo como cliente e servidor (servente = servidor + cliente)
Cliente que inicia a requisição
Arquiteturas estruturadas e não-estruturadas
Rede de Sobreposição ➡ Rede onde nós são formados pelos processos e os enlaces denotam os canais de comunicação
Estruturada
Rede de sobreposição é construída usando mecanismo determinístico e “estruturado”
Mecanismo usado comumente: DHT (Distribuited Hash Table)
Dados e nós recebem uma chave aleatória (128-160 bits)
Requisição é roteada entre os nós até alcançar o nó com o dado solicitado
Chord ➡ Implementação de um DHT para redes P2P ➡ Nós logicamente organizados em anel ➡ Cada nó recebe identificador aleatório
Não-estruturada
Algoritmos aleatórios são usados na construção da rede de sobreposição
Cada nó mantém uma lista de nós vizinhos (não tem uma visão global da rede)
Dados são também armazenados aleatoriamente
Busca da dados ➡ Inunda toda a rede; tempestade de broadcast; não é uma rede que possui bom desempenho
Superpares
Nós "diretórios" e/ou intermediários
A medida que a rede cresce, localizar itens de dados em sistemas P2P não estruturados pode ser problemático
Sempre que um nó comum se junta a rede, se liga a um dos superpares
Problema: Seleção do líder
Superpar cuida de um conjunto de nós e distribui as requisições
Atua como um GATEWAY
Arquiteturas Híbridas
Soluções de cliente-servidor (centralizadas) combinadas com a funcionamento da arquitetura descentralizada
Híbrida = centralizada + descentralizada
Centralizada = Utilização de DNS
Descentralizada = Distribuição de conteúdo. Ex.: Skype, BitTorrent, WhatsApp
Sistemas distribuídos colaborativos
Esquema de procura pelo cliente-servidor tradicional
Nó junta-se para dar um mecanismo descentralizado de colaboração
Interceptadores
Solução para reconfigurar a necessidade da aplicação
Construção de software que interrompe fluxo de controle usual de execução
Em uma chamada desvia para outra chamada
Em tempo de execução
Processos e Threads
Processo
Programa em execução
Normalmente são independentes
Espaços de endereçamento separados
Interage com outros processos por meio de IPC (Inter Process Communication) ➡ Mecanismo de comunicação entre os processos
Thread
São linhas (thread) de execução dentro de um único processo (subconjunto de processos)
Compartilham o mesmo espaço de endereçamento e alguns dados da tabela de processos
➡ Servidor de arquivos com um único fluxo faz requisição do disco e espera resultado ➡ O mesmo servidor com múltiplos fluxos (multithreading) pode atender a solicitações de outros usuários ➡ Aumento do throughtput (taxa de transferência) e do desempenho
Time Line: Threads dentro de um processo não ocorrem ao mesmo tempo mas sim concomitantemente (concorrente)
Multithreading: Execução em massa de várias threads em um mesmo processo (introduzida pela Intel no processador Xeon em 2002)
Threads em nível de usuário
Apesar da versatilidade e velocidade, há desvantagens
Chamada bloqueante pode bloquear todo o processo e não apenas a thread em questão
Maioria dos processos que usam threads fazem pela I/O bound (bloqueio do sistema sempre que fizer I/O)
Threads em nível de kernel: Cuida da criação e escalonamento das threads de todos os processos
Atualizado