Introdução aos Sistemas Distribuídos

Sistemas Distribuídos: Introdução

• Sistemas distribuídos evoluíram de computadores independentes para máquinas interligadas e poderosas
• Esta evolução permitiu o processamento paralelo e a comunicação entre máquinas, levando à criação de sistemas distribuídos
• Um sistema distribuído é um conjunto de computadores independentes apresentados ao utilizador como um sistema único integrado
• A comunicação e coordenação entre os computadores são feitas através da troca de mensagens

Coleção de Elementos Autônomos

• Em sistemas distribuídos, os nós devem ser independentes e capazes de trabalhar em conjunto
• Cada nó independente tem sua própria noção de tempo, e não é garantido que haja um relógio global
• É importante autenticar nós no sistema e fornecer uma lista de nós aos quais cada membro pode se conectar
• Os sistemas podem ser abertos, permitindo que qualquer nó se junte, ou fechados, limitando a comunicação a membros autenticados
• A organização pode ser estruturada com vizinhos definidos ou desestruturada com seleção aleatória de outros nós

Sistema Único e Coerente

• É essencial que um sistema distribuído seja coerente para o utilizador, abstraindo a complexidade
• A coerência significa que os nós devem operar da mesma forma, independentemente de onde, quando ou como a interação ocorre
• A transparência, ou seja, esconder a localização do processo e dos dados, é crucial para aumentar a eficiência
• Um exemplo de transparência é um sistema de ficheiros com uma interface gráfica para aceder a vários dispositivos de armazenamento
• Funcionalidades tem vulnerabilidades, como a quebra do sistema no caso da falha de um nó

Middleware

• O middleware facilita o desenvolvimento de sistemas distribuídos como uma camada de software entre o sistema operativo e as aplicações
• Fornece meios de comunicação entre aplicações distribuídas, escondendo as diferenças de hardware e sistema operativo
• Paralelamente, o middleware garante segurança, gestão e recuperação de falhas, oferecendo seus serviços em rede
• O middleware oferece serviços como comunicação via RPC (Remote Procedure Call), permitindo a invocação de funções remotas
• Transações são executadas com a garantia de "tudo ou nada", assegurando que todos os serviços necessários são invocados
• Além disso, o middleware estandardiza o acesso e fornece meios de sincronização para a composição de serviços (web services)
• Garante que mensagens enviadas por um processo são entregues a todos ou a nenhum

Objetivos e Características dos Sistemas Distribuídos

• Sistemas distribuídos devem ter fácil acessibilidade de recursos, transparência, abertura e escalabilidade
• Um objetivo principal é facilitar o acesso e a partilha de recursos, promovendo soluções colaborativas
• É fundamental abstrair o utilizador da distribuição física do sistema para maior transparência
• A transparência pode ser aplicada à localização, relocalização, migração, replicação, concorrência e falhas
• Transparência nem sempre é ideal, podendo prejudicar o funcionamento correto
• Um sistema é aberto quando permite a integração fácil de componentes, utilizando interfaces (IDL) para definir serviços
• A interoperabilidade (coexistência de implementações diferentes) e a portabilidade/composição(execução noutro sistema sem alterações) devem ser verificadas
• A extensibilidade, ou seja, a configuração com componentes diferentes, é mais um dos seus objetivos importantes e necessários

Escalabilidade

• Com o crescimento da cloud, a escalabilidade é essencial em sistemas distribuídos
• Várias dimensões de escalabilidade são consideradas: tamanho (mais utilizadores/componentes), a geográfica (grandes distâncias) e a administrativa (várias organizações)
• A escalabilidade do tamanho pode ser limitada pela capacidade de computação, armazenamento, E/S e rede
• A geográfica é difícil devido a tempos de espera maiores e menor fiabilidade na internet; aplicações síncronas não devem ser escaladas geolocalizadas
• A legislação dificulta a escalabilidade administrativa, pois varia de país para país
• A escalada vertical é a melhoria dos componentes; a escalada horizontal é a expansão do sistema com mais máquinas
• A escalada horizontal pode omitir a latência das comunicações com aplicações assíncronas ou comunicação minimizada
• A partição e distribuição como no DNS: estão divididas em zonas independentes, cada uma gerida por um servidor diferente
• Replicação a melhoria da disponibilidade e eficiência(boas distribuições geográficas), além da redução exponencial da latência
• Sistemas P2P: São um exemplo da distribuição e replicação e caching, sendo indicados para a partilha de objetos imutáveis

Armadilhas

• Ao projetar um sistema distribuído, algumas ideias convencionais devem ser evitadas. Estas incluem:
  • Presumir que a rede é confiável, segura e homogénea
  • Ignorar a possibilidade de alterações na topologia
  • Assumir latência zero e largura de banda infinita
  • Desconsiderar o custo de transporte
  • Acreditar que existe um único administrador

Tipos de Sistemas Distribuídos

• Existem vários tipos de sistemas distribuídos:
  • Sistemas de computação distribuída (alta capacidade computacional)
  • Sistemas de informação distribuída
  • Sistemas "pervasive"
• Os sistemas de computação distribuída dividem-se em:
  • Cluster computing: máquinas semelhantes com o mesmo sistema operativo e rede de alta velocidade
  • Grid computing: sistemas sob diferentes domínios administrativos e tecnologias

Distribuídos Cloud、Grid、和P2P

• Sistemas Grid: Sistema de computação baseado em vários sistemas de computação administrativa administrativa
• Sistemas Híbridos: nós se especializam em Aplicações intensivas, outros especializados no armazenamento e gestão de ficheiros
• datacenters próprias: nova oportunidade de negócio, a utility computing
• Cloud computing: recursos virtuais que podem ser utilizados e configurados dinâmicamente
• Sistemas de serviço: Infrastructure-as-a-service (IaaS), Platform-as-a-service (PaaS) e Software-as-a-service (SaaS)
• Multiprocessamento: acesso de vários núcleos、multicomputação e sem memória partilhada
• A necessidade da troca de mensagens

Arquiteturas de Software

• A arquitetura de software define como os componentes de software são organizados, interagem e formam um sistema
• Um componente é uma unidade modular com uma interface de acesso que pode ser substituída
• A substituição de componentes requer que a interface de acesso permaneça inalterada

Arquitetura por Camadas

• A arquitetura por camadas organiza os componentes hierarquicamente, permitindo que cada componente invoque componentes inferiores
• As chamadas a camadas superiores são excecionais
• Modelos de Arquiteturas： Modelos Puros、Serviço Utiliza outros niveis、uma camada é uma chamada sucessiva

Arquiteturas baseadas em Objetos e orientadas a serviços

• Componentes como objects: Conectados por mecanismo, processo podem ocorrem numa rede
• Simple Object Access Protocol (SOAP)
• Os objetos Encapsulam dados pode ser acedidos através de métodos
• O objeto independente: interface numa máquina, enquanto objeto está armazenado noutra：objeto distribuído
• o cliente faz bind numa interface chamada de proxy, surgindo do lado do servidor uma entidade complementar, o skeleton. – O servidor (disponibilizada noutras máquinas) :objetos remotos
• SOAs: serviço independente: service-oriented architectures

Arquiteturas Baseadas

• Grande coleção de recursos geridos:Representational State Transfer(REST
• Recursos com identificadores exclusivo
• Todos os recursos oferecem a mesma interface：quatro operações (PUT、GET、DELETE e POST.)
• After executar uma operação, o componente não esquece de quem chamou （Stateless execution）
• Cria armazenamento simples da Amazon
  • objecto é enviado um pedido PUT através do protocolo HTTP com URI
• REST podem em alguns cenários elevar a complexidade da implementação
• Variedade de operações arquitetura SOAP e detetar erros em tempo de compilação:REST, erros apenas detetáveis ​​em tempo de execução

Arquiteturas Publish-Subscribe

• Redução das dependências entre processos、processamento e coordenação
• a coordenação variar de acordo com o acoplamento referencial e o acoplamento temporal entre dois processos
• tipos de serviços：publicar e subscrever notificações. Subscrever notificações：middleware garante
• Quando:uma memória partilhada. Neste：tuplos (estrutura de dados contém(escrever tuplos、os obter、padrão de pesquisa)
• arquitecturas：publish-subscribe, desacoplamento referencial, comunicação com descrições de evento
• A implementação desta arquitetura varia de acordo com o tipo de notificação
• Tem a opção de eliminar de seguida os dados publicados pelo processo stateless

Organizações de Middleware

• Tem separa as aplicações e as plataformas subjacentes: garantir a transparência

• amplia ou adaptar a aplicação no middleware e alterações"em andamento”

• adpatações padrões

  • wrappers (adapter)
    • интерфейса fornece interface corresponde às necessidades do cliente, converte（interfaces、estrutura）
  • brokers -middleware gerir os acesso entre as várias aplicações em S3

Estrutura Interceptor

• um software quebras o fluxo normal de controlo e permite a execução de outro código.

• Um objeto A invocar um método de objeto B: numa máquina diferente do primeiro

  • interfaces
  • chamada de A é transformada num objeto genérico
  • mensagem enviada pela rede

• objecto B： request-level interceptor

• cada chamada de um objeto remoto tem que :message-level interceptor（auxiliando a invocação;fragmentação）

• Todos os “desvios” transparentes ao fluxo de execução

Arquiteturas de sistema

• concretização：componentes de software numa máquina real（arquitecturas de sistema）

• organizações centralizadas（modelo cliente/servidor）: servidor implementa e cliente o serviço providenciado

  • O взаимодействие baseia-se na troca de mensagens
  • Conectados num ambiente wide-area
  • realizar em duplicado sem prejudicar o normal funcionamento do sistema se dizem-se idempotentes

Arquiteturas Multicamadas

Sistema divide -se em três camadas: interface do utilizador、o processamento e os dados Tipos de distribuição a: Manter apenas a parte da interface dependente do terminal,acplicação controlo remoto o os dados（thin client） b: front end -processamento necessário interface c： aplicação： formulário，validação é feita lado d: A interface e aplicação do lado do cliente e base de dados no servidor(fat client) e: Tudo do lado do cliente, sendo apenas a base de dados parcialmente implementada no servidor (fat client) O Thin Client :Evitar: compatibilidade com a plataforma subjacente, leva ao desenvolvimento de várias versões Distribuição física do sistema: interface、aplicação e base de dados O servidor web encaminha os pedidos a um servidor de aplicação

Sistemas Peer-to-Peer Descentralizadas

• a organização multitiered：distribuição vertical do sistema（camadas da arquitetura por várias máquinas） Distruibuição horizontal se camadas：peer-to-peer
• Interação simétrica：servant (cliente e servidor em simultâneo).
• Organização dos processos numa rede de overlay

Sistemas Estruturados

• topologia de organização que: obter a informação
• semantic-free, cada pedaço de informação: chave，função de hash.
• Pares (chave, valor): distributed hash table:a função de lookup() devolve

Sistemas Não Estruturados

• cada possui informação ad hoc1、grafos aleatórios
• Cada nó（A lista é atualizada）: porque：conexão perde /Outros
• A procura：Flooding / Random Walks Evitar o ciclo： TTL diminui ao longo de processo A eficácia: aumenta se o nó tiver packes para n（factor n é reduzida o tempo da busca）

policy-based search methods：

• manter informação (queries positivas,encaminhamentos futuros)
• dar preferência aos nós vizinhos(mais hipóteses) Super peers: nós para super peers é geralmente organizam-se em rede（surge a hierarquia）
• Os nós regulares(weakpeers) :mediadores das comunicações

Arquiteturas Híbridas and Localizaçãoノ Redes Edge

• Híbridas：combinações Arquiteturas de sistemas
• Sistemas edge-server(servidores no limite da rede)
  • distribuição de conteúdos：servidor auxílio e armazena outros conteúdo dos dados
• Internet: tem vários servidores limite