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Fundamentos Nazareno Andrade Universidade Federal de Campina Grande 02/2008 Sistemas Distribuídos.

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1 Fundamentos Nazareno Andrade Universidade Federal de Campina Grande 02/2008 Sistemas Distribuídos

2 2 Fundamentos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos

3 3 Fundamentos –O que são sistemas distribuídos –Para que distribuímos sistemas –Referências de sistemas distribuídos –Vocabulário sobre sistemas distribuídos –Arquiteturas de sistemas distribuídos –Modelos de sistemas distribuídos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos

4 4 Objetivos Idéia clara do que são sistemas distribuídos –Propósito –Vantagens & desvantagens Repertório de sistemas Visão de questões de projeto

5 5 Que sistemas distribuídos nós usamos?

6 6 O que é um sistema distribuído?

7 7 Em comum: Componentes independentes Canais de comunicação Imagem única Hardware independente + software unificando

8 8 Conjunto de computadores independentes que se apresenta a seus usuários como um sistema único e coerente - Tanenbaum Sistema em que componentes de hardware e software localizados em diferentes computadores interconectados se comunicam e coordenam suas ações trocando mensagens – CDK Sistema onde você não consegue trabalhar por causa de uma falha em um computador que você nunca viu – Lamport

9 9 Por que sistemas distribuídos? Compartilhamento –Documentos, impressoras, telescópios,... Escalabilidade –Mais carga Mais recursos Custo x benefício –Um PC: dinheiro em dobro desempenho em dobro Robustez –Redundância Limitações da Física –Corpos se movem –Corpos não se movem rápido o suficiente

10 10 E nós, projetistas? Concorrência Canais de comunicação Falhas parciais Descoberta de recursos Coordenação

11 11 Fundamentos –O que são sistemas distribuídos –Para que distribuímos sistemas –Referências de sistemas distribuídos –Vocabulário sobre sistemas distribuídos –Arquiteturas de sistemas distribuídos –Modelos de sistemas distribuídos Coordenando processos Construíndo sistemas Sistemas construídos

12 12 Sistemas de arquivos distribuídos: NFS Compartilhar arquivos, compartilhar um servidor

13 13 Web Compartilhamento de documentos (ao menos inicialmente) Navegadores e servidores HTTP Google LSD nazareno xpto.html

14 14 Sistemas N-camadas Amazon, Google e quase todo e-commerce que você vir poraí... Tecnologia popular: LAMP - Linux, Apache, MySQL, Perl/PHP/Python Apresentação Lógica Banco de dados

15 15 Computação paralela: clusters Alta performance, computação paralela Processamento numérico, processamento de dados,... Tecnologias: PBS, Bewuolf, MapReduce, Hadoop

16 16 Computação paralela: grids/grades Alto desempenho, plataforma mais ampla, compartilhamento Tecnologias: Globus, Condor, OurGrid Domínios administrativos

17 17 Computação entre-pares, peer-to-peer Compartilhamento, bordas da rede Gnutella, Kazaa, BitTorrent, Skype, MSN,...

18 18 Computação pervasiva / ubíqua Computadores estão em todo lugar, e conectados Celulares, carros, marcapassos,...

19 19 Imagem única transparência

20 20 Fornecendo uma imagem única TransparênciaO que é Acesso Escondemos se recursos são remotos Localização Escondemos onde eles estão Migração Escondemos se eles mudam de máquina Relocação Escondemos se eles se movem Replicação Escondemos redundância Concorrência Escondemos compartilhamento Falha Escondemos falhas

21 21 Embora isso não seja tão simples Heterogeneidade –Plataforma, clientes, conexões Sistemas abertos –Diversas implementações de clientes Segurança –Nos componentes, nas comunicações, DoS Escalabilidade –Evitar gargalos Tolerância a Falhas –Componentes devem lidar com falhas dos demais Concorrência –Concorrência é a norma

22 22 Alguns princípios de projeto de SD

23 23 Transparência Transparência para programa, usuário ou programador? Envolve ao menos: Nomes lógicos –http://www.google.com –Réplicas têm mesmo nome lógico Exclusão mútua distribuída –Lembram de SO? Eficiência na comunicação Transparência é um contínuo, e não binário Transparência limitada pode ser necessária ou útil –A Física impõe limites –O usuário pode entender melhor o que está acontecendo

24 24 Desempenho Medido através de métricas: –Vazão (throughput) –Tempo de resposta (response time, makespan) –Latência –Utilização dos recursos (nem sempre são independentes...) O custo da comunicação em geral é importante

25 25 Desempenho e comunicação Em geral, queremos minimizar comunicação –Overhead de comunicação >> outros overheads Canais são recurso mais escasso no sistema –Comunicação == tamanho e freqüência de mensagens Granulosidade do paralelismo (parallelism granularity) –Fine granularity – grãos pequenos comunicação freqüente –Coarse granularity – grãos grandes comunicação infreqüente

26 26 Escalabilidade Existem SDs em 2, 10 e 10^6 computadores –Google, Amazon EC2, Skype,... Métodos para construir sistemas pequenos podem não valer para outras escalas Escalabilidade == É possível alterar a escala do sistema –Quantidade de usuários ou recursos (custo x benefício) –Escala geográfica –Manter o sistema gerenciável a medida que cresce Em geral depende de não haver gargalos descentralização

27 27 Escalabilidade: por que não é simples Escalabilidade Descentralização Descentralização Complexidade Princípios de algoritmos descentralizados escaláveis: –Nenhum componente tem informação sobre todo o sistema –Componentes tomam decisões baseadas em informações locais –Falhas parciais não inviabilizam resultado –Não há um relógio global único Há aproximações bem imperfeitas, como o NTP

28 28 Mais sobre escalabilidade e o mundo real Duas lições recentes 1. Quando a escala é grande o suficiente, qualquer coisa acontece –Mensagens de controle corrompidas na Amazon e no PlanetLab 2. Ações coordenadas de componentes podem ser catastróficas –Problema do Skype em 2008

29 29 Heterogeneidade Hardware independente Configurações independentes Como sempre: níveis de indireção Neste caso, middleware

30 30 Confiabilidade Confiabilidade = disponibilidade + integridade + segurança Um sistema distribuído pode ser mais confiável que um monolítico –Tolerância a falhas parciais Um sistema distribuído não é necessariamente mais confiável –Falhas independentes? –Segurança agora de diversos pontos –Integridade mais complexa Como resolver tudo isso? Neste curso!

31 31 Recapitulando Transparência Desempenho Escalabilidade Heterogeneidade Confiabilidade Vamos usar bastante isso durante o curso...

32 32 Ciladas em projetos de SD

33 33 Não assuma que A rede é confiável A rede é segura A rede é homogênea A topologia da rede não muda A latência é zero A largura de banda é infinita O overhead de transporte é zero Há um só administrador

34 34 Fim da introdução

35 35 Recapitulando... O que são sistemas distribuídos Por que distribuir um sistema Visão geral dos tipos de sistemas distribuídos Objetivos comuns no projeto de sistemas distribuídos Desafios particulares nesse projeto O que não assumir Em resumo: o que sistemas distribuídos têm de particular

36 36 Mais sobre esse assunto End-to-end arguments in computer design –Onde devem ficar as funcionalidades? A note on distributed computing –Quão transparente deve ser a distribuição para o programador?

37 37 Cenas do próximo capítulo Quais as formas de dividir responsabilidades em um SD? Qual o espaço de projeto? –Centralizado, descentralizado, peer-to-peer, híbridos... Como estudamos um sistema distribuído analiticamente? –Modelos, dimensões úteis de SDs, resultados...


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