Introduction to Distributed Systems: Concepts, Features, Examples

1. Introdução aos SistemasDistribuídos

2. Tópicos SistemasDistribuídos • – – – conceitos características exemplos • Conceitosde Hardware –multiprocessadores –multicomputadores SOde redee SO distribuído Desafiosde Sistemas Distribuídos • •

3. Sistemas Distribuídos-definição • Umacoleçãodecomputadoresindependentesque apareceaseususuárioscomoumsistemacoerente único[TANEMBAUM] • Sistemas executam e em aplicações em geral cujas peças múltiplos computadores autônomos interligadospor uma redede comunicação • Éumsistemaem emumaredede queoscomponentesselocalizam computadoresecoordenamsuas ações através de passagem de mensagens [COULOURIS]

4. EvoluçãoHistórica– décadas • • • 50 60 70 = usoexclusivo-monousuário- alto custo = processamento emlote(embatch) = multiusuário - compartilhamento da máquina dasredes (técnica - time sharing). Surgimento • • • 80= computaçãopessoaleS.D 90= computaçãopessoal,S.D.eInternet 2000 = computação ubíqua (ou pervasive computing)

5. Motivaçãoouocontextopara SistemasDistribuídos Compartilhamentoderecursos(principalmotivação) • –ex.: discos, memória, impressoras, processador, entidadesdefinidasporsoftware:arquivos,basesde dados, objetos Recursospodemser gerenciadosporservidores eacessadosporclientes • • Recursos podem ser encapsulados como objetoseacessadosporoutrosobjetos • AWeb é umexemplo decompartilhamento de recursos

6. Evolução em Redes Mbits/s 10000 10Gbits/s 1000 ATM GigabitEthernet 100 T.Ring FastEthernet FDDI 10 Ethernet ISDN FrameRelay 286 1 X.25 1982 2002 1997 1992 1987 2007

7. Downsizing $ $ REDE

8. VantagensdeSistemasDistribuídos sobreSistemasCentralizados • • Melhorrelaçãocusto/benefício Capacidade de processamento além dos limites práticosde SistemasCentralizados Maiordomíniodeaplicações Maiorconfiabilidadee disponibilidade • • • Crescimento processamento gradativamente: gradativo da sistema capacidade de - O pode hardware crescer podem novos software e serinstaladosgradativamente

9. Características–vantagenssobre SistemasCentralizados • Compartilhamento de recursos. Servidores de arquivos,impressoras,correio eletrônico,nomes, etc • Disponibilidade.Falhadeumelementonãointerrompe a operaçãodosistemaglobal • Mobilidade dos usuários. Dependendo do modelo usado,usuáriosficamlivresparaacessarosistemade diversos pontos

10. Desvantagens de SD sobre os SistemasCentralizados Gerenciamento.Dependendodomodelousado, • cadausuário Dificuldade podenecessitarserumgerente • em determinar a ordem de ocorrênciadeeventosecomputarestadoglobal Manutenção/ evoluçãodosoftware • • Segurança. Dados disponíveis na rede e usuárioscomdiferentesníveisde acesso cria • Conjunto de componentes uma complexidaderazoavelmentegrande

11. SistemasDistribuídos-exemplos • Uma rede de estações de trabalho em umauniversidadeou companhia • Uma rede de computadores em uma fábrica - Intranets (uma Internet gerenciada poruma organização) • Um grande bancocom muitas agências, cadaqualcomumcomputadoresecaixas automáticas Sistemade reservade passagensaéreas •

12. SistemasDistribuídos-exemplos Sistemadecontroledeestoque,vendase entregasnuma cadeiade lojas Serviçosda Internet:WWW • • • Sistemas de acesso a recursos de multimídia ede conferência ComputaçãoMóvel e Ubíqua •

13. Internet intranet % % ISP % % backbone satellitelink desktopcomputer: server: networklink:

14. Intranet Desktop computers emailserver print andotherservers Localarea network Webserver emailserver print Fileserver otherservers therestof theInternet router/firewall

15. ComputaçãoPervasiva 1/5 Internet WAP gateway Hostintranet Homeintranet WirelessLAN Mobile phone Printer Laptop Hostsite Camera

16. ComputaçãoPervasiva 2/5 • Avanços tecnológicos na miniatuarização de dispositivoseredessemfiotêmconduzidoa uma crescente integração de pequenos e portáveis como: dispositivos de computação, tais – – computadoreslaptop; dispositivoshandheld: • • • • • personaldigitalassistants telefonesmóveis pagers câmerasde vídeo câmerasdigitais (PDA) – sensorese RFIDs

17. ComputaçãoPervasiva 3/5 – wearable devices nocorpo), (dispositivosposicionados tais como relógios inteligentes, detector de movimentos embedded devices – (dispositivos embarcados), tais ou como em aparelhos eletrodomésticos automóveis portabilidade • A junto com a habilidade para redes se conectar convenientemente a em diferentes lugares, torna possívela ComputaçãoMóvel

18. ComputaçãoPervasiva 4/5 • Computação Ubíqua(ubiquitous computing, pervasivecomputing),évoltada quepequenosdispositivosde parasugerir computação “pervasivos” eventualmente (impregnantes) tornam-se em todos os objetos, que sãoraramentenotados Usuáriosdacomputaçãomóvelpodemse • beneficiar lugar de computadores em qualquer

19. ComputaçãoPervasiva 5/5 • Computação móvel e pervasiva trazem questõessignificantes • Uma arquitetura para computação móvel, proporcionaquestões: – como suportar a descoberta de recursos em um ambiente – eliminaranecessidadeparausuáriosreconfigurarem seusdispositivosamedidaquesemovem auxiliarusuáriosaarcarcomconectividadelimitada quandoelesviajam proverprivacidadeeoutrasgarantiasdesegurançaa usuários e aambientesqueelesvisitam – –

20. SO –conceitosemrelaçãoàrede • SOderede(SOR) – cada máquina executa o seu próprio sistema operacional ex: Windows,Mac OSe UNIX temorecurso de interligaçãoemrede incorporado – – Ex.:Ferramentasparaloginremotoecópiadearquivos entreestações,servidoresdearquivoseferramentas paracausaraparênciadearquivolocal –não escalonaprocessosnosoutros nós

21. SO –conceitosemrelaçãoàrede • SOdistribuído(SOD) – – única imagemdo sistema Aredetodatemaparênciadeserumúnicosistema detempo compartilhado Mecanismo globalparacomunicaçãoentreprocessos Disparanovosprocessosdeformatransparente,no nómaisconveniente,deacordocomsua política de escalonamento Gerenciamentode processoshomogêneo Sistema dearquivoshomogêneo – – – – ex: Amoeba (Vridge University); MACH; CHORUS; ANDREW(CarnegieMellonUniversity)

22. SO –conceitosemrelaçãoàrede • Qual a tendência emadotar SO de rede ouSO distribuídos? • Usuáriospreferemter autonomia –escolhadeseusprogramasfavoritos –execuçãoindependentedos demais • SO de rede os e soluções de de middleware sistemas trazem benefícios distribuídos

23. Sistema Distribuído Organizado como Middleware Middleware oumediador,nacomputação distribuída,éumprogramadecomputador quafaz e mediaçãoentresoftwareedemaisaplicações.

24. Arquitetura paralelas

25. Arquitetura paralelas • • • • • SISD SIMD MISD MIMD UMA SingleInstructionSingleData SingleInstructionMultipleData MultipleInstruction MultipleInstruction SingleData MultipleData Uniforme Memory Access - Tempo de AcessoUniforme a Memória Cache OnlyMemoryAccess • COMA - Tempode Cache AcessoaMemóriasomentepelamemória • NUMA NonUniforme Memory Access - Acesso NãoUniformeaMemória

26. Arquitetura paralelas • CC-NUMA CacheCoerencyNUMA- Protocolode manutençãode CoerênciadeCacheNUMA • NC-NUMA NonCacheNUMA - SemCacheNUMA • MPP NonUniforme Memory Access - Acesso Uniformea Memória • COW/NOW ClusterOfWorkstationsouNetwork OfWorkstations

27. Considerandoaexistênciade váriosprocessadores,tem-se: Multiprocessador: • –compartilhamento de recursos físicos, tal como memóriaprincipal,discoe relógio,tightly-coupled Multicomputador: • – computadores com seu hardware básico independente,closely-coupled backplane,rede de comunicação ex.:agregadosde computadores – – de alta velocidade (clusters,PAD) • Sistemadistribuído: –atrasos de comunicação (rede) significativos e incertos,loosely-coupled(ouweakly-coupled)

28. Máquinas SIMD- SingleInstructionMultiple Data

29. MáquinasMIMD- MultipleInstructionMultipleData Multiprocessadores

30. Multicomputadores

31. Conceitos de Hardware 1.6 Diferentesorganizaçõese memórias emsistemas de computação distribuída

32. Multiprocessadores Um multiprocessadorbaseadoem barramento • 1.7

33. Multiprocessadores Umchaveamentocrossbar Umarededechaveamentoomega • • 1.8

34. Multicomputadores Homogêneos Grade Hipercubo • • 1-9

35. Conceitos de Software System Description MainGoal SOD Sistemaoperacionalfortementeacoplado paramultiprocessadorese multicomputadoreshomogêneos Ocultaegerencia recursosde hardware SOR Sistemaoperacionalfracamenteacoplado paramulticomputadoresheterogêneos(LAN andWAN) Ofereceserviços locaispara clientesremotos Middleware CamadaadicionalnotopodoSOR implementandoserviçosdepropósitogeral Fornece distribuição transparênciana • Umresumode: • SOD(SistemasOperacionaisDistribuídos) • SOR(SistemasOperacionaisemRede) • Middleware

36. SistemasOperacionais em Máquinas Uniprocessadas • SeparaaplicaçõesdocódigodoSOatravés deum microkernel

37. SistemaOperacional em Multicomputadores • Estrutura geral deum sistema operacional em multicomputadores 1.14

38. Sistemas de Compartilhada Páginasdo espaço deendereçamento distribuídas entre quatromáquinas Memória Distribuída • • Situação apósa CPU 1 referenciar a10 • Situação se a página10 é lida somente ea replicaçãoéusada

39. Sistemas de Compartilhada Memória Distribuída • Falso compartilhamento de um página entre dois processos independentes 1.18

40. SistemaOperacional Estruturageral de Rede • 1-19

41. SistemaOperacional de Rede • Dois clienteseumservidoremum SOR

42. SistemaOperacional de Rede • Diferentes clientes podem montar os servidores em diferentes lugares 1.21

43. Posicionandoo Middleware • Estrutura geral de um sistema distribuído como middleware 1-22

44. Middleware e Abertura 1.23 • Numsistemadistribuídobaseadoemmiddlewareaberto,os protocolosusadosemcadacamadadomiddlewaredeveriam seros mesmos,tantoquantoasinterfacesqueelesoferecemàsaplicações

45. Comparação entre Sistemas Característica SOD SOR SObaseado Middleware Multiproc. Multicomp. Graudetransparência Muitoalta alta baixa alta MesmoSOemtodos nodos sim sim não não No.decópiosdoSO 1 N N N Baseparacomunicação Memória compartilhada mensagens arquivos Específicoao modelo Gerenciamentode recursos Global, central Global, distribuído Pornodo Pornodo Escalabilidade não moderadamente sim variada Abertura fechada fechada aberta aberta

46. Clientese Servidores Interaçãoentre um clienteeumservidor •

47. Nível do processamento • Thegeneralorganizationof an Internet searchengineintothree different layers 1-28

48. Arquiteturasmulticamadas Um exemplode umservidoratuandocomocliente • 1-30

49. Arquiteturasmodernas • Um exemplo de uma distribuição horizontal de um serviço web 1-31

50. Sistemas Distribuídos propriedades