Sistemas Distribuídos

Apresentação em tema: "Sistemas Distribuídos"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas Distribuídos
Jorge Surian Sistemas Distribuídos: Processos (Clientes, Servidores e Migração)

2 Clientes (modelo Cliente-Servidor)
Processos Clientes (modelo Cliente-Servidor) Uma das tarefas mais importantes, atualmente, nas máquinas clientes é proporcionar aos usuários meios de interagir com servidores remotos. Primeiro Modo: Para cada serviço remoto, a máquina cliente terá um servidor separado, com o qual possa estabelecer contato. Algumas operações são feitas no próprio cliente. Exemplo: Agenda remota compartilhada 2

3 Processos Clientes Segundo Modo: Fornecimento de uma interface de usuário conveniente. Dessa maneira, a máquina cliente é usada somente como um terminal sem nenhuma necessidade de armazenamento. Exemplo: Thin clients, nova (antiga...) tendência.

4 Cliente - Um exemplo de cliente: Sistema X Windows
Processos Cliente - Um exemplo de cliente: Sistema X Windows Sistema X é baseado no modelo cliente-servidor. Servidor X é um programa que executa no sistema e é responsável por todos os acessos ao hardware gráfico. Cliente se comunica com o servidor, enviando requisições como 'desenhe uma linha' ou 'preste atenção na entrada do teclado‘ Solução pioneira, mas ainda muito usada pela adequação ao modelo cliente servidor. Pode ser visto como parte de um sistema operacional que controla o terminal.

5 Processos Cliente - Um exemplo de cliente: Sistema X Windows Cerne do sistema e formado pelo núcleo X, que contém todos os drivers do dispositivo específicos do terminal, usualmente fortemente dependente do hardware. O núcleo X oferece uma interface de nível relativamente baixo para controlar a tela e também para capturar eventos do teclado e do mouse. Interface disponibilizada para as aplicações e definida pela biblioteca Xlib.

6 Processos Cliente - Sistema X Window (modelo esquemático – continuação exemplo)

7 Processos Cliente - Sistema X Window (continuação exemplo) Núcleo X e as aplicações X não precisam necessariamente residir na mesma máquina X fornece o protocolo X, que é um protocolo de comunicação de camada de aplicação pelo qual uma instância de Xlib pode trocar dados e eventos com o núcleo X. Por exemplo, Xlib pode enviar requisições ao núcleo X para criar ou encerrar uma janela, estabelecer cores e definir o tipo de cursor. O núcleo X reagirá a eventos locais como entrada de teclado e mouse devolvendo pacotes de eventos a Xlib. Núcleo X recebe requisições para manipular o visor recebendo essas requisições de aplicações geralmente remotas. Núcleo X age como um servidor, enquanto as aplicações desempenham o papel de clientes.

8 Clientes - Transparência de Distribuição
Processos Cliente Clientes - Transparência de Distribuição O software no lado cliente pode ser mais do que uma interface. Em alguns casos, parte do nível de processamento e dados são executadas no lado cliente. Transparência de Migração: Se um cliente já está vinculado a um servidor, ele pode ser informado quando o servidor mudar de localização. Middleware no cliente → oculta do usuário a corrente localização do servidor.

9 Clientes - Transparência de Distribuição
Processos Cliente Clientes - Transparência de Distribuição Transparência a falha: Middleware cliente pode ser configurado para tentar a conexão com um servidor repetidas vezes, ou tentar um outro servidor depois de fracassar determinado número de tentativas. Uso de cache: Uma falha na conexão com o servidor é compensada pela exibição de dados anteriormente armazenados no cache, como os browsers Web podem fazer, por vezes gerando inúmeros inconvenientes.

10 Processos Cliente Modelo Esquemático demonstrando situação onde um cliente chama vários servidores, obtém várias respostas e passa uma delas à aplicação cliente, mantendo a transparência.

11 Cada servidor, de maneira geral, é organizado do mesmo modo:
Processos Servidores Cada servidor, de maneira geral, é organizado do mesmo modo: Espera por uma requisição de um cliente. Assegura o atendimento. Espera pela próxima requisição Questões de Projeto Como tratar as requisições? Como os clientes contatam um servidor? Como interromper comunicação com o servidor? Servidor deve guardar estado dos clientes?

12 Processos Servidores – Tratamento de Requisições Servidor Iterativo: Próprio servidor manipula a requisição e, se necessário, retorna uma resposta ao cliente Servidor Concorrente: Não manipula por si próprio a requisição, como no Servidor multithread, onde processos ou threads é que devolvem a resposta ao cliente.

13 Processos Servidores – Forma de Organização Servidor Iterativo: Situação em que o próprio servidor manipula a requisição e, se necessário, retorna uma resposta ao cliente. Servidor Concorrente: Nessa situação o servidor não manipula por si próprio a requisição. Os servidor multithreads, são exemplos de servidores concorrentes. Nos servidores concorrentes típicos do ambiente Unix o processo ou threads que manipula a requisição é também responsável por sua devolução ao cliente.

14 Processos Servidores – Funcionamento Clientes enviam requisições a uma porta, na máquina servidora. Para serviços conhecidos existem portas pré-definidas, por exemplo servidores que manipulam requisições FTP na Internet, ouvem a porta TCP 21, mas um servidor HTTP ouvirá sempre a porta 80. Para serviços que não requerem porta prédeterminada, a opção mais usual é ter um daemon (um programa executado automaticamente em um computador a fim de executar um serviço para o sistema operacional), fazendo com que o Cliente acesse o daemon e o sistema operacional informará dinamicamente uma porta livre.

15 Processos Servidores – Esquema de funcionamento

16 Processos Servidores e Superservidores Uma outra maneira de manipular portas é o uso de superservidores, para se evitar desperdício de recursos. Um caso típico é aquele onde muitos servidores ficam esperando passivamente por uma requisição. Muitos recursos seriam desperdiçados na monitoração desses processos passivos. Se o monitoramento passar a ser realizado por um superservidor à escuta em cada porta associada com um serviço específico. Por exemplo, o daemom inetd no Unix ouve uma quantidade de portas bem conhecidas para serviços de internet. Quando chega uma requisição, o daemon bifurca um processo para cuidar da requisição, que será cancelado, findada a execução da requisição.

17 Processos Servidores – Superservidores – Esquema de Funcionamento

18 Processos Servidores – Como interromper um servidor? Problema: O usuário resolve fazer um download de um enorme arquivo para um servidor FTP. Repentinamente descobre que o arquivo escolhido estava errado. O que fazer para deter o processo? Abordagem mais simples: usuário sai abruptamente da aplicação cliente → servidor encerrará a conexão antiga, em algum momento admitindo falha do cliente.

19 Servidores – Como interromper um servidor?
Processos Servidores – Como interromper um servidor? Abordagem mais completa: dados “urgentes” (fora da banda) são enviados fazendo com que o servidor possa inspecionar os dados e manipulá-los de acordo com a necessidade, em acordo com o esquema: Pacotes TCP possuem no header o campo URG. Servidor ao receber um pacote com o campo URG setado é interrompido, através de um sinal. Servidor cancela o envio do arquivo errado.

20 Servidores – Avaliação do Estado
Processos Servidores – Avaliação do Estado Os servidores podem estar num dos três estados descritos: Sem, com ou flexível. Quando o servidor estiver sem estado, ele: Não mantém informações sobre os estados dos clientes. Pode mudar seu próprio estado sem ter que informar a nenhum cliente. Por exemplo, servidor Web são sem estado, pois após processar uma requisição, esquece o cliente. Mesmo sem estado, servidor Web guarda informações de clientes, mas sua eventual perda não resulta na interrupção do serviço ou numa falha. Simplesmente pode haver uma perda de desempenho.

21 Servidores – Avaliação do Estado
Processos Servidores – Avaliação do Estado Quando o servidor estiver em estado flexível, ele: Servidor promete manter estado em nome do cliente, por um tempo limitado. Após o tempo limitado, o servidor descarta estas informações. Exemplo: Servidor promete manter um cliente informado sobre atualizações, mas depois de um determinado tempo o servidor volta ao estado padrão (default) descartando quaisquer informações que guardava em nome de um cliente associado.

22 Servidores – Avaliação do Estado
Processos Servidores – Avaliação do Estado Quando o servidor estiver em com estado, ele: Mantém informações persistentes sobre seus clientes. Informações precisam ser explicitamente removidas pelo servidor.

23 Servidores – Avaliação do Estado
Processos Servidores – Avaliação do Estado Quando o servidor estiver em com estado, ele: Exemplo: Servidor de arquivos que permite a um cliente manter cópia local de um arquivo. Servidor mantém uma tabela, com entradas (cliente, arquivo). Permite monitorar as permissões sobre um arquivo, etc. Vantagem: Desempenho percebido pelo cliente nas operações de leitura e escrita. Problema: Recuperação de Falhas, pois o servidor tem que recuperar sua tabela de entradas (cliente  arquivo), já que sem isso deixará de garantir que processou as mais recentes atualizações em um arquivo.

24 Processos Servidores – Clusters de Servidores Clusters de Servidores: Conjunto de máquinas conectadas por uma rede, no qual cada máquina executa um ou mais servidores. Essas máquinas estão conectadas por uma rede local, com alta largura de banda e baixa latência. Esquema geral de funcionamento de um cluster de servidores (em três camadas)

25 Servidores – Clusters de Servidores Comutador Lógico (1ª Camada)
Processos Servidores – Clusters de Servidores Comutador Lógico (1ª Camada) Forma o ponto de entrada para o cluster de servidores, oferecendo um único endereço de rede. Considerando TCP, o comutador aceita requisições e as transfere a um dos servidores. Identifica o melhor servidor a tratar a requisição.

26 Servidores – Clusters de Servidores 2ª Camada
Processos Servidores – Clusters de Servidores 2ª Camada Nos ambientes corporativos em geral as aplicações carecem de máquinas de tecnologia relativamente baixa, porque a capacidade de computação requerida não é o gargalo, mas o acesso ao armazenamento. Assim, é possível e até provável encontrarmos aplicações sendo executadas diretamente na terceira ou na primeira camada, ou seja, o ambiente se torna cliente-servidor “puro”.

27 Servidores – Clusters de Servidores 3ª Camada
Processos Servidores – Clusters de Servidores 3ª Camada Usualmente composta por servidores de processamento de dados, especialmente servidores de arquivo e banco de dados. Dependendo da utilização do cluster de servidores, esses servidores podem executar em máquinas altamente especializadas, configuradas para acesso de alta velocidade a disco, normalmente com grandes caches do lado do servidor. Esse modelo não é estanque. Pode ocorrer que máquinas distintas ofereçam também diferentes servidores de aplicação. Nessa situação cabe ao comutador distinguir esses serviços, senão não será capaz de repassar as requisições as máquinas adequadas.

28 Servidores – Clusters de Servidores Por que migrar?
Processos Servidores – Clusters de Servidores Por que migrar? Deve ser observado que a maioria das máquinas de segunda camada executam apenas uma aplicação, até porque aplicações diferentes tendem a ser gerenciadas por administradores diferentes que preferem um não interferir com o trabalho do outro. Nessa situação é usual que certas máquinas fiquem temporariamente ociosas enquanto outras não. Algo útil seria migrar serviços temporariamente para máquinas ociosas.

29 Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar?
Processos Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar? Analisando-se mais detalhadamente a primeira camada, mais especificamente o comutador, podemos chegar a algumas conclusões: É fundamental num projeto de cluster de servidores que há de fato vários servidores. Nenhuma máquina cliente precisa saber nada da organização do cluster. A transparência de acesso é oferecida a partir de um único ponto de acesso, portanto cada ponto de acesso é realizado por uma máquina separada.

30 Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar?
Processos Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar? 4. Um modo padrão de acessar um cluster de servidores é através de uma conexão TCP pela qual as requisições de nível de aplicação sejam enviadas como parte de uma sessão, que termina com o encerramento da conexão. Um comutador de camada de transporte aceita requisições de conexão TCP que entram e transferem tais conexões a um dos servidores.

31 Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar?
Processos Servidores – Cluster de Servidores Por que migrar? 6. Esse princípio, conhecido como TCP handoff é baseado no fato do comutador identificar o melhor servidor para manipular aquela requisição repassando-a a esse servidor que enviará um reconhecimento diretamente o cliente requisitante, mas insere o endereço IP do comutador como endereço de fonte no cabeçalho do pacote IP que está transportando esse segmento TCP. 7. Esse processo de falsificação, conhecido como spoofing, é necessário para que o cliente continue executando o protocolo TCP, pois ele está esperando uma mensagem de voltado do comutador e não de um servidor do qual nunca ouviu falar...

32 Processos Servidores – Cluster de Servidores Princípio da transferência de IP

33 Servidores – Cluster de Servidores Distribuídos
Processos Servidores – Cluster de Servidores Distribuídos Conjunto de máquinas que possivelmente muda dinamicamente, com vários pontos de acesso também possivelmente variáveis, mas se apresenta ao mundo externo como um única e poderosa máquina. Características: Vários pontos de acesso Estabilidade no acesso Alto desempenho Flexibilidade

34 Somente será abordada a passagem de dados entre diferentes máquinas.
Processos Migração de Código Somente será abordada a passagem de dados entre diferentes máquinas. Observe-se que em alguns casos é importante migrar código de uma máquina para outra. Mas... Por que migrar código? Melhorar Desempenho!

35 Como fazer esta tarefa em sistemas heterogêneos?
Processos Migração de Código Como fazer esta tarefa em sistemas heterogêneos? Envio de processos de máquinas sobrecarregadas para máquinas com cargas mais leves. Evitar grande quantidade de mensagens trocadas entre aplicações cliente-servidor: Exemplo 1: Operações de banco de dados que envolvem uma grande quantidade de dados(aplicação cliente → servidor). Exemplo 2: Formulários enviados do servidor → cliente.

36 Migração de Código - Modelos para Migração de Código
Processos Migração de Código - Modelos para Migração de Código Migração de código é algo muito amplo: podemos também migrar status de um programa, sinais pendentes e outras partes do ambiente. Processo consiste em três segmentos: Segmento de código: contém o conjunto de instruções que compõem o programa que está em execução. Segmento de recursos: contém referências a recursos externos (arquivos, impressoras). Segmento de execução: armazenar o estado em execução de um processo no momento da migração (dados privados, pilha,contador de programa)

37 Migração de Código - Modelos para Migração de Código
Processos Migração de Código - Modelos para Migração de Código Mobilidade pode ser de dois tipos: Mobilidade Fraca: possível transferir somente o segmento de código, junto com alguns dados de inicialização. Requer somente que a máquina-alvo possa executar o código (portabilidade). Mobilidade Forte: segmento de execução também pode ser transferido. O processo em execução pode ser parado e movido para uma outra máquina e retomar a execução no ponto original.

38 Em relação do ponto de início da migração:
Processos Migração de Código Em relação do ponto de início da migração: Iniciada pelo remetente: a migração é iniciada na máquina em que o código está em execução no momento em questão. Exemplo: Enviar programa de busca pela Internet a um servidor de banco de dados para realização de pesquisas. Iniciada pelo destinatário: Iniciativa da migração de código é tomada pela máquina-alvo.

39 Processos Migração e Recursos Locais Segmentos de recursos requerem uma atenção especial Exemplo: Comunicação de um processo sendo feita através de uma porta TCP. Ao mudar de localização, este processo deverá devolver a porta e requisitar uma nova no destino.

40 Migração e Recursos Locais Três tipos de vinculações processo-recurso:
Processos Migração e Recursos Locais Três tipos de vinculações processo-recurso: Vinculação por identificador • Processo requer exatamente o recurso referenciado (URL de um site). Vinculação por valor • É necessário somente um valor. • Se outro recurso fornece o mesmo valor, execução não é afetada (bibliotecas padronizadas). Vinculação por tipo • Processo requer um recurso de um tipo específico (monitores, impressoras).

41 Migração e Recursos Locais Três tipos de vinculações recurso-máquina:
Processos Migração e Recursos Locais Três tipos de vinculações recurso-máquina: Recursos não ligados: recursos podem ser movidos com facilidade entre maquinas diferentes(arquivos de dados). Recursos amarrados: recursos podem ser movidos ou copiados, mas só a custo relativamente alto ( banco de dados locais). Recursos fixos: recursos estão intimamente vinculados a uma máquina ou ambiente especifico e não podem ser movidos (porta).

42 Migração e Recursos Locais Referência global
Processos Migração e Recursos Locais Referência global Caso vários processos referenciem um recurso, uma alternativa é estabelecer uma referência global, que atravesse as fronteiras das máquinas. URL (baixa complexidade). Memória compartilhada entre processos (referência global significa memória compartilhada).

43 Migração e Recursos Locais
Processos Migração e Recursos Locais Várias combinações entre vinculação processo-recurso e recurso-máquina. Exemplo 1: Processo admite que a memória pode ser compartilhada entre processos (recurso fixo,vinculação de valor). Exemplo 2:Bibliotecas de tempo de execução (recurso amarrado, vinculação de valor).

44 Migração e Recursos Locais
Processos Migração e Recursos Locais Complexidade está ligada aos tipos de vínculo processo-recurso e recurso-máquina. Recursos não ligados: A melhor solução é copiar ou mover o recurso para o novo destino. Vinculações por tipo: A solução é vincular novamente o processo a um recurso do mesmo tipo disponível no local.

45 Migração em Sistemas Heterogêneos Requisitos:
Processos Migração em Sistemas Heterogêneos Requisitos: Segmento de código possa ser executado em cada plataforma. Segmento de execução pode ser adequadamente representado em cada plataforma. Efeito global: Migrar sistema operacional inteiro, em vez de migrar processos.

46 Fonte: Tanenbaum, Andrew S. e Steen, Marteen Van. Sistemas Distribuídos, São Paulo: Prentice Hall, 2008. Copyright © Prof. Jorge Surian Todos direitos reservados. Reprodução ou divulgação total ou parcial deste documento é expressamente proíbido sem o consentimento formal, por escrito, do Professor Surian.