SD - parte 4 - nomes

Sistemas Distribuídos
Nomeação
Nazareno Andrade
Universidade Federal de Campina Grande
02/2008
Fundamentos
Coordenando processos
Construíndo sistemas
Sistemas construídos
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Fundamentos
Coordenando processos
– Mensagens (e fluxos): UDP, TCP, MPI, Enfileiramento,
Gossiping
– RPC e objetos distribuídos: RMI
– Mensagens vs. RPC
– Nomeação
– Sincronização e replicação
Construíndo sistemas
Sistemas construídos
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Objetivos
Compreender o uso de nomes em sistemas distribuídos
Entender o processo de descoberta de recursos em
diferentes tipos de sistema distribuído
Analisar o espaço de soluções para um sistema de
nomes distribuído
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Pra que nomes?
Como um componente do sistema usa nomes?
O que um serviço de descoberta (ou de nomes) precisa
ser capaz de fazer?
– Nomes úteis a seres humanos são os mais apropriados
para o serviço?
E se não quero usar um nome, mas atributos da
entidade?
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O serviço de nomes ou de descoberta de recursos
mapeia nomes ou atributos para pontos de acesso a
entidades
Um nome referencia uma entidade
Ponto de acesso  acesso à entidade
Endereço  nome do ponto de acesso
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Endereços na prática
Qual o mapeamento ponto de acesso  entidade?
Por que não usamos sempre o endereço como nome?
– Mobilidade de dispositivos, de código, de serviços
– Múltiplos servidores replicados
Qual a relação disso com transparência?
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Identificadores
Outro tipo de nome
1. Identifica no máximo uma entidade
2. Entidade tem no máximo um identificador
3. Identificadores não são reutilizados
Como isso é possível?
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Atributos
E se eu quero uma descoberta de recursos menos
acoplada?
“Quero a máquina menos carregada do sistema”
Atributos podem referenciar entidades
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O problema
Dado que temos nomes, identificadores, atributos e endereços
Como resolver [nome ou identificador ou atributos] 
endereço(s)?
Essencialmente, usando uma tabela
– Centralizada, hierárquica, distribuída, ...
Para sistemas de nomes distribuídos, resolver é próximo de
rotear
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Onde estamos
Pra que servem nomes
Resolvendo identificadores
Nomes estruturados
Atributos
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Resolvendo identificadores
Nomeadores podem ter referência ao endereço da
entidade?
Problema 0:
– Localizar máquina na rede com endereço MAC XYZW
– Localizar máquina que roda o DHCP na rede
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Problema 1: entidades que se movem
– Ponteiros repassadores
– Localização nativa
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DHTs
Tabelas hash distribuídas  escalabilidade
Operação central: lookup(chave)
Princípios:
1.
2.
3.
4.
Mapear chaves para nós de forma balanceada
Função de distância entre chave e id de um nó
Um nó que recebe uma requisição deve ser capaz de repassá-la a um
nó mais perto de key ou respondê-la
Tabelas de roteamento devem ser adaptativas
As principais diferenças estão na implementação da função de
distância e na construição da tabela de roteamento
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Roteamento com skiplists: Chord
Espaço mesmo de nomes para nós e objetos
– Distância é distância entre identificadores em lista circular
Objeto está em succ(k)
Tabela de roteamento (finger table) de p:
FTp[i] = succ(p + 2i-1)
Roteamento:
Envie para nó com índice j em FT tal que
FTp[j] ≤ k ≤ FTp[j+1]
(envia para sucessor, caso não haja nós assim)
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Detalhes operacionais
A topologia precisa ser mantida
– Nós monitoram sucessor e predecessor
– Periodicamente verifico se eu == predecessor de meu sucessor
• Se ele falhou, procuro um novo sucessor
– Se meu predecessor falha, salvo essa informação e aguardo contato de
novo predecessor
Redundância nos sucessores aumenta robustez
A topologia da overlay pode explorar topologia da rede
– IDs podem ser distribuídos de acordo com topologia da rede
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Roteamento com árvores
Pastry, Tapestry e Kademlia usam uma árvore para construir
tabela de roteamento
Em Kademlia a distância entre k e i é k XOR i
Para identificadores de 128 bits, cada nó considera 128
distâncias possíveis
– Para cada distância, mantem uma lista de nós naquela distância
– No momento da busca, envia requisições recursivas para os nós da
distância mais próxima do id
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Exemplo Kademlia
Divisão da rede para nó 0011
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Busca no Kademlia
Busca por 1110
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Sistemas de nome hierárquicos
Nós-folha têm conhecem endereço do identificador
Nós um nível acima, conhecem que nós abaixo
resolvem um identificador
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22
Onde estamos
Pra que servem nomes
Resolvendo identificadores
Nomes estruturados
Atributos
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Nomeação estruturada
Identificadores não são bons para seres humanos
Nomes estruturados são mais intuitivos:
Espaço de nomes é um grafo:
– Nós-folha são entidades nomeadas
– Demais nós são diretórios à lá sistemas de arquivos
– Tipicamente, há uma raiz, geralmente não há ciclos
Tudo muito parecido com sistemas de arquivos.
Como funciona a resolução de ‘ls nome’?
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Resolução de nomes estruturados
distribuída
Mecanismo de fechamento
Determina por onde começar a resolução
– Sistemas de arquivos: /
– Variáveis de ambiente unix: espaço de nomes do usuário
Montagem
– Combinar espaços de nomes distribuídos
– FS é um bom exemplo novamente
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Nomes estruturados em grande escala
Camadas com diferentes requisitos
Replicação horizontal e caching para escalabilidade e disponibilidade
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Resolução iterativa vs. recursiva
Vantagens / desvantagens?
– Caching
– Localidade de tráfego
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Exemplo: DNS
Espaço de nomes
– www.lsd.ufcg.edu.br na verdade é www.lsd.ufcg.edu.br.
– Domínios == sub-árvores do espaço de nomes
Conteúdo de um nó na árvore
– Além do que usamos: servidor de email para esse nome,
email do administrador, IPs alternativos, servidor de
nomes desse domínio, ...
28
29
Raiz do DNS
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Onde estamos
Pra que servem nomes
Resolvendo identificadores
Nomes estruturados
Atributos
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Atributos
Nem sempre nomes são suficientes
Atributos referenciam entidades por características
– Cada entidade tem conjuntos (atributo, valor)
Por vezes há distinção entre serviços que usam nomes
e atributos
– Nomes  Serviço de nomeação
– Atributos  Serviço de diretório
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Atributos: Implementação hierárquica
LDAP é um padrão bastante usado
Cada recurso é descrito por uma tabela de atributos
– dsc.ufcg.edu.br == /C=BR/TO=edu/O=ufcg/OU=DSC/…
O espaço de nomes é dividido em uma árvore
A árvore é dividida em nós
– Parece um DNS, mas com pesquisas mais complexas
– Search((C=BR)(TO=edu)(O=ufcg)(OU=*))
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Atributos: implementação decentralizada
estruturada
Várias abordagens, ainda nenhum consenso
SWORD:
– Identificadores dos nós não são mais hashes
– Identificador = [bits identificando atributo + bits
identificando valor + bits aleatórios]
– Um nó é responsável pelo atributo k, outro por k > 50,
outro por k > 75, ...
– Consulta na DHT na verdade procura índices de atributos
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Atributos decentralizados e nãoestruturados
Explorando localidade em redes P2P
– Nós procuram outros nós com interesses semelhantes e se
aproximam deles
– Gossiping é útil aqui
IMM: encontrando nó menos carregado em uma árvore
de multicast
– Um nó que esteve rápido recentemente provavelmente
estará rápido agora
Há também a descoberta semi-estruturada, com supernós...
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Recapitulando
Pra que servem nomes
– Endereços, nomes, identificadores e atributos
Resolvendo identificadores
– Broadcast, hierarquia, DHTs
Nomes estruturados
– Fechamento, montagem, resolução iterativa vs. Recursiva
Atributos
– Implementação hierárquica
– Implementação decentralizada estruturada
– Implementação decentralizada não-estruturada
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Mais sobre esse assunto
DHTs:
– Visão geral: Looking up data in p2p systems
– Artigo do Kademlia
DNS:
– Livro online explicando e mostrando porque o DNS ainda é
suficiente
Nomes em geral:
– Naming and binding of objects, 1978: artigo filosófico
sobre sistemas de nomes (nomenclatura hoje em desuso)
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