Sistemas Distribuídos - INF
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Sistemas Distribuídos Introdução Especialização em Redes de Computadores Prof. Fábio M. Costa Instituto de Informática - UFG Conteúdo • • • • O que é um sistema distribuído? Exemplos de sistemas distribuídos Requisitos de sistemas distribuídos Transparência em sistemas distribuídos Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 2 O que é um Sistema Distribuído? Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 3 O que é um Sistema Distribuído? Component1 Componentn Middleware Network Operating System Hardware Component1 Componentn Middleware Network Operating System Hardware Hostn-1 Host2 Component1 Componentn Middleware Network Operating System Hardware Host1 Baseado em Emmerich, 2000 Network Component1 Componentn Middleware Network Operating System Hardware Prof. Fábio M. Costa Hostn 4 O que é um Sistema Distribuído? Um sistema distribuído é uma coleção de hosts autônomos, conectados através de uma rede de computadores. Cada host executa componentes e opera um middleware de distribuição, o qual habilita os componentes a coordenarem suas atividades de tal forma que usuários percebam o sistema como um ambiente computacional único e integrado. Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 5 Exemplos de Middleware • Orientados a Transações – IBM CICS – BEA Tuxedo – IBM Encina – Microsoft Transaction Server • Orientados a Mensagens – Microsoft Message Queue – NCR TopEnd – Sun Tooltalk Baseado em Emmerich, 2000 • Procedural – Sun ONC – Linux RPCs – OSF DCE • Orientado a Objetos – OMG CORBA – Sun Java/RMI – Microsoft COM – Sun Enterprise Java Beans Prof. Fábio M. Costa 6 Características de Sistemas Centralizados • Um componente, com partes não autônomas • Componentes são compartilhados por todos os usuários durante todo o tempo • Todos os recursos acessíveis (tipicamente) • Software ‘roda’ em um único processo • Ponto de controle único • Ponto de falha único Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 7 Características de Sistemas Distribuídos • Múltiplos componentes autônomos • Componentes não são compartilhados por todos os usuários • Recursos podem não ser acessíveis • Software ‘roda’ em processos concorrentes e em processadores distintos • Múltiplos pontos de controle • Múltiplos pontos de falha (!!!) Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 8 Exemplos de Sistemas Distribuídos Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 9 Motivação • Estudos de caso – Sistema de video-sob-demanda (Hongkong Telecom) – Infra-estrutura de informática (setor bancário) – Sistema de gerenciamento de configurações de aeronaves (Boeing) – Sistema de gerência de federação de futebol • Desenvolvidos empregando os princípios e técnicas apresentados neste curso • Servem como exemplos ilustrativos para o curso Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 10 Ex.1: Sistema de Vídeo-sob-Demanda … • Objetivo: prover aos assinantes facilidades para o ‘download’ de vídeos a partir de servidores para serem apresentados em Web-TVs de baixo custo • Atualmente: cerca de 100.000 usuários • Construído utilizando tecnologia de objetos Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 11 Requisitos: Heterogeneidade • Hardware: – Clientes: Web-TV – Servidores: processador RISC • Sistemas operacionais: – Clientes: JavaOS – Servidores: UNIX • Linguagens de programação: – Clientes: Java – Servidores: C++ Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 12 Requisitos (cont.) • Comunicação através da rede – Como transmitir estruturas de dados complexas através da Internet? • Escala – Expansão para um grande número de usuários • Segurança – Forma segura de pagamento – Autenticação e controle de acesso Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 13 Por que Tecnologias de Objetos Distribuídos? • Distribuição: – Clientes de vídeo necessitam fazer o ‘download’ / exibição de vídeo na Web-TV do usuário final – Múltiplos servidores (balanceamento de carga) • Tecnologia de objetos: – Clientes de vídeo escritos em Java: • Web-TV contém um Máquina Virtual Java • Portabilidade - ex: Sony Playstation, Sega Console – Servidores de vídeo escritos em C++: desempenho Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 14 Por que Tecnologias de Objetos Distribuídos? (cont.) • Uma maneira natural de particionar a funcionalidade de uma aplicação ou sistema • Objetos: unidades funcionais autônomas que se comunicam entre si através da troca de mensagens • Abstração ideal para a construção de sistemas distribuídos – Objetos diferentes podem ser instalados em computadores distintos – Cooperação através de mensagens transmitidas pela rede Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 15 Ex.2: Infra-estrutura de Informática Empresarial (Setor Bancário) Serviço de Informações de Clientes Serviço de Banco de Dados de Produtos Serviços de Marketing Baseado em Emmerich, 2000 Serviços de Autorização Estação de Negócios Prof. Fábio M. Costa Serviços em Mainframes 16 Requisitos • Tempo para se chegar ao mercado – Desenvolvimento de novas aplicações com tecnologia recente – Integração de novas aplicações tem se tornado cada vez mais difícil • Escalabilidade – Administração de milhões de contas e clientes – Milhares de usuários concorrentes • Confiabilidade Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 17 Requisitos (cont.) • Heterogeneidade de Hardware – Mainframes (Unisys, IBM, etc.) – Servidores SUN SPARC – PCs • Heterogeneidade de Sistema Operacional – MVS, UNIX, Linux, Windows • Heterogeneidade de Linguagem de Programação – Cobol, C/C++, Visual Basic, Java Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 18 Por que Tecnologia de Objetos Distribuídos • Permite uma visão uniforme de todos os serviços da empresa e de como acessá-los • Provê um nível apropriado de abstração • Preserva o investimento encapsulando aplicações legadas • Permite explorar as vantagens da tecnologia de objetos em novos projetos • Uma forma natural de resolver: – distribuição – heterogeneidade Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 19 Ex.3: Gerência de Configuração Boeing 777 Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 20 Problemas a serem resolvidos • Escala – 3.000.000 de peças por aeronave – A configuração de cada aeronave é diferente – Regulamentos demandam que registros sejam mantidos para cada peça de uma aeronave – Aeronave evolui durante manutenções – Produção de 500 aeronaves por ano – Banco de dados de configuração cresce 1,5 bilhão de partes a cada ano – Tempo de vida de uma aeronave: 30 anos – 45.000 engenheiros necessitam acesso on-line aos dados de configurações Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 21 Problemas a serem resolvidos (cont.) • Integração de componentes de prateleira – Infra-estrutura de TI se tornou inadequada – Mas a empresa não podia se dar ao luxo de reconstruir toda a sua infra-estrutura de TI – Componentes foram comprados de diversos fabricantes especializados • Banco de dados relacional • Planejamento de recursos da empresa (ERP) • Planejamento de projetos auxiliado por computador – Componentes precisavam ser integrados Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 22 Problemas a serem resolvidos (cont.) • Heterogeneidade – 20 máquinas de banco de dados Sequent para gerenciar os dados de configuração de aviões – 200 servidores de applicações UNIX – Estações de trabalho NT e UNIX para os engenheiros Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 23 Por que Tecnologia de Objetos Distribuídos • Componentes de prateleira encapsulam a funcionalidade da aplicação • Resolvendo o problema de distribuição em um nível mais elevado de abstração • Resolvendo o problema da heterogeneidade • Escalabilidade da solução Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 24 Ex.4: Administração de uma Federação de Futebol • Administração de campeonatos, seleção nacional, clubes, transferência de jogadores, etc. • Sistema imaginário • Exemplo comum, que pode ser ajustado com finalidade didática Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 25 Requisitos • Autonomia dos clubes – Cada clube opera sua própria administração, treinamento, escala de jogos e jogadores, etc. • Necessidade de integração para: – o registro de jogadores na federação de futebol – requisitar jogadores para a seleção nacional – combinar a escala de jogos do campeonato • Heterogeneidade – Diferentes máquinas (Windows, Linux, etc.) – Diferentes linguagens de programação Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 26 Requisitos de Sistemas Distribuídos Requisitos Gerais • Integração de componentes – Componentes novos, implementados com a mais moderna tecnologia – Componentes de prateleira (COTS), que não podem ser modificados – Componentes legados, sem a necessidade de uma re-engenharia • Heterogeneidade – Plataformas de hardware, sistemas operacionais, linguagens de programação e redes Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 28 Requisitos Comuns Qual o objetivo da construção de um sistema distribuído? • • • • • • Compartilhamento de Recursos Abertura Concorrência Escalabilidade Tolerância a Falhas Transparência Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 29 Compartilhamento de Recursos • Habilidade de usar qualquer hardware, software ou dados em qualquer lugar do sistema • Gerenciador de recursos – Controla o acesso aos recursos – Provê um esquema de nomes para os recursos – Controla acessos concorrentes aos recursos Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 30 Compartilhamento de Recursos (2) • Modelo de compartilhamento – Cliente / Servidor – Baseado em objetos • Define: – a forma pela qual recursos são providos – formas de uso dos recursos – como o provedor do recurso e os usuários interagem entre si e com o gerenciador Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 31 Abertura • Relacionada com futuras extensões e melhorias que um sistema distribuído pode sofrer • Novos componentes precisam ser integrados, juntamente com componentes existentes (legados) – Provenientes de diversas fontes – Usando diferentes tecnologias • Necessário publicar interfaces detalhadas dos componentes • Diferenças de representação de dados precisam ser resolvidas (para uma troca de informações efetiva) Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 32 Concorrência • Em um sistema distribuído, componentes são executados em paralelo – Em processos ou máquinas diferentes • Componentes acessam e atualizam recursos compartilhados (variáveis, bancos de dados) • A integridade do sistema pode ser violada se atualizações concorrences não forem coordenadas – Atualizações podem ser perdidas (sobrescritas) – Análise de dados pode ficar inconsistente Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 33 Escalabilidade • Adaptação de sistemas distribuídos para – Acomodar mais usuários – Obter um tempo de resposta mais rápido • Usualmente através da adição de mais processadores • Componentes não devem necessitar ser alterados quando a escala do sistema cresce Componentes devem ser projetados para serem escaláveis Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 34 Tolerância a Falhas • Hardware, software e redes podem falhar! • Um sistema distribuído deve manter sua disponibilidade mesmo em baixos níveis de confiabilidade do hardware/software/rede • Tolerância a falhas pode ser obtida com: – técnicas de recuperação – redundância Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 35 Transparência em Sistemas Distribuídos Transparência • Um sistema distribuído deve ser percebido por seus usuários e pelos programadores de aplicações como um sistema único e coeso – ao invés de uma coleção de máquinas separadas • Várias dimensões de transparência identificadas pelo modelo ISO RM-ODP – Modelo de Referência para Sistemas Distribuídos Abertos • Representam as diversas propriedades que um sistema distribuído deve possuir Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 37 Transparências de Distribuição Scalability Transparency Performance Transparency Failure Transparency Migration Transparency Replication Transparency Concurrency Transparency Access Transparency Location Transparency Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 38 Transparência de Acesso • Permite que objetos e informações remotas sejam acessados usando operações idênticas • Mascara as diferentes formas de acesso empregadas por cada tecnologia utilizada • Exemplos: – Operações de acesso a um sistema de arquivos distribuído com NFS (Network File System) – Navegação na WEB – Consultas em SQL Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 39 Transparência de Localização • Permite que objetos e informações sejam acessados sem o conhecimento de sua localização • Exemplos: – Arquivos acessados via NFS – Páginas na WEB (*) – Tabelas em um banco de dados distribuído Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 40 Transparência de Concorrência • Permite que vários processos operem concorrentemente usando objetos de informação compartilhados sem interferirem entre si • Exemplos: – NFS – Caixa eletrônico – Sistema gerenciador de bancos de dados (SGBD) Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 41 Transparência de Replicação • Permite que múltiplas instâncias de objetos de informação sejam usados para melhorar o desempenho e a confiabilidade • Sem que os usuários ou programadores de aplicações tomem conhecimento da existência das réplicas • Exemplos: – SGBD distribuído – Espelhamento de páginas WEB Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 42 Transparência de Falhas • Mascara a ocorrência de falhas • Permite que usuários e aplicações completem suas tarefas normalmente a despeito de falhas em alguns componentes do sistema • Exemplo: – Transações em um SGBD Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 43 Transparência de Migração • Permite a movimentação de um objeto dentro do sistema distribuído sem afetar as operações dos usuários ou dos programas de aplicação • Duas variantes: – Migração propriamente dita: com relação ao objeto migrado – Relocação: com relação a outros objetos no sistema • Exemplos: – NFS – Páginas WEB Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 44 Transparência de Desempenho • Permite que o sistema distribuído seja reconfigurado para melhorar o desempenho para refletir mudanças na carga de processamento • Através de replicação e migração • Exemplo: – Utilitário make distribuído • Programa é compilado em várias máquinas em paralelo, transparentemente para o usuário Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 45 Transparência de Escala • Permite que o sistema e as aplicações possam ser expandidos em escala sem a necessidade de mudanças em sua estrutura ou nos algoritmos utilizados • Exemplo: – WWW – Bancos de dados distribuídos Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 46 Pontos-Chave • O que é um Sistema Distribuído • Adoção de sistemas distribuídos é regida por requisitos não-funcionais • Necessidades de distribuição são transparentes aos usuários e projetistas de aplicações • Várias dimensões de transparência • Dimensões de transparência dependem entre si Baseado em Emmerich, 2000 Prof. Fábio M. Costa 47
