Tipos de Sistemas Distribuídos

Tipos de Sistemas Distribuídos

Pedro Ferreira

Departamento de Informática

Tipos de Sistemas Distribuídos



Existem três tipos de sistemas distribuídos:

– Sistemas de Computação Distribuídos

Computação de alto desempenho com vários computadores

– Sistemas de Informação Distribuídos

Integração de diversos sistemas de informação

– Sistemas “Pervasivos” Distribuídos

dinâmicos

+ ou - estáticos

Tipos de Sistemas Distribuídos



Existem três tipos de sistemas distribuídos:

– Sistemas de Computação Distribuídos

Computação de alto desempenho com vários computadores

– Sistemas de Informação Distribuídos

Integração de diversos sistemas de informação

– Sistemas “Pervasivos” Distribuídos

Sistemas de Computação Distribuída

Clusters

Clusters

 _{Definição: conjunto de várias máquinas “comuns” ligadas por uma rede de alto}

desempenho de tal forma a trabalharem como um super-computador

 _{Usado para processamento paralelo (i.e., criam-se processos em diferentes nós)}

 _{Melhor relação custo benefício que um super-computador:}

– Super-computador com 500 processadores é muito mais caro que 500 computadores “normais” do tipo PC

 Exemplo: Cluster Beowulf (baseado em Linux)

– Middleware: (1.) gestão e distribuição de tarefas

Clusters

 _{Definição: conjunto de várias máquinas “comuns” ligadas por uma rede de alto}

desempenho de tal forma a trabalharem como um super-computador

 _{Usado para processamento paralelo (i.e., criam-se processos em diferentes nós)}

 _{Melhor relação custo benefício que um super-computador:}

– Super-computador com 500 processadores é muito mais caro que 500 computadores “normais” do tipo PC

 Exemplo: Cluster Beowulf (baseado em Linux)

– Middleware: (1.) gestão e distribuição de tarefas

(2.) comunicação eficiente entre processos

Distribui tarefas e coordena computação

Clusters

 _{Definição: conjunto de várias máquinas “comuns” ligadas por uma rede de alto}

desempenho de tal forma a trabalharem como um super-computador

 _{Usado para processamento paralelo (i.e., criam-se processos em diferentes nós)}

 _{Melhor relação custo benefício que um super-computador:}

– Super-computador com 500 processadores é muito mais caro que 500 computadores “normais” do tipo PC

 Exemplo: Cluster Beowulf (baseado em Linux)

– Middleware: (1.) gestão e distribuição de tarefas

(2.) comunicação eficiente entre processos

Distribui tarefas e coordena computação distribuída. Executa tarefas definidas pelo master.

Clusters

 _{Definição: conjunto de várias máquinas “comuns” ligadas por uma rede de alto}

desempenho de tal forma a trabalharem como um super-computador

 _{Usado para processamento paralelo (i.e., criam-se processos em diferentes nós)}

 _{Melhor relação custo benefício que um super-computador:}

– Super-computador com 500 processadores é muito mais caro que 500 computadores “normais” do tipo PC

 Exemplo: Cluster Beowulf (baseado em Linux)

– Middleware: (1.) gestão e distribuição de tarefas

(2.) comunicação eficiente entre processos

Distribui tarefas e coordena computação distribuída. Executa tarefas definidas pelo master. Usada para comunicação inter-nós.

Em junho de 2013



Lista de super-computadores mais rápidos:

http://www.top500.org

– De

http://s.top500.org/static/lists/2013/06/TOP500_201306_Poster.pdf

:

Computação em Grid



Uma das principais facilidades em se lidar com clusters é o ambiente

homogéneo, i.e., todas as máquinas são iguais e correm o mesmo software



_{Grids são sistemas distribuídos usados para computação em larga escala, mas}

com um alto grau de heterogeneidade:

– Cada nó pode ter hardware, sistema operativo, rede, administração, e

políticas de segurança diferentes

– Esta heterogeneidade tem de ser tratada pelo middleware



_{Os recursos (processadores, armazenamento, telescópios, aceleradores de}

partículas, etc.) e utilizadores são agrupados em organizações virtuais



_{Utilizadores de uma organização virtual têm privilégios de acesso aos recursos}

Computação em Grid

Computação em Grid



O middleware dá acesso aos recursos a utilizadores da sua organização, ainda

que os recursos estejam em domínios administrativos diferentes



_{Arquitectura em 4 níveis para o middleware de grids:}

Computação em Grid



O middleware dá acesso aos recursos a utilizadores da sua organização, ainda

que os recursos estejam em domínios administrativos diferentes



_{Arquitectura em 4 níveis para o middleware de grids:}

Controlo dos recursos no site (pesquisar estado e capacidade; alocação e

liberação do recurso) Protocolos de

comunicação seguros usados para aceder

recursos e fazê-los interagir.

Controlo de um recurso: obter configuração; criar processos; ler dados.

Também realiza controlo de acesso. Coordena o acesso a

múltiplos recursos: descoberta, alocação e

escalonamento em múltiplos recursos. Aplicações que usam os recursos da organização

virtual.

Sistemas de Informação Distribuídos

Sistemas de Processamento de Transações

Integração de Aplicações Corporativas

Sistemas de Processamento de Transações



_{Transações são usualmente empregues em operações com bases de dados}

mas não só… no futuro, talvez o sejam em todo lado (memória transaccional)



_{O objectivo fundamental das transações é}

– proteger um recurso (e.g., base de dados) contra acessos simultâneos por

parte de diversos processos

– permitir que um processo faça diversas operações sobre um ou mais

recursos, como se estas fossem uma única operação atómica (indivisível)



_{Modo de funcionamento}

1. indicar início de transação

2. aceder uma ou mais vezes ao recurso (e.g., leitura e/ou escrita)

3. indicar que as alterações deverão ser permanentes (commit) ou que se

pretende abortar (i.e., esquecer) as alterações (abort)

caso aconteça uma falha antes da execução do passo 3, o sistema

transacional aborta todos os acessos efetuados após o passo 1

Sistemas de Processamento de Transações: Interfaces

Exemplo: reserva de bilhetes aéreos

T1:

BEGIN_TRANSACTION

reservar Lisboa  Londres reservar Londres  NY reservar NY  SF

END_TRANSACTION

Primitive Description

BEGIN_TRANSACTION Make the start of a transaction

END_TRANSACTION Terminate the transaction and try to commit ABORT_TRANSACTION Kill the transaction and restore the old values READ Read data from a file, a table, or otherwise WRITE Write data to a file, a table, or otherwise

T2:

BEGIN_TRANSACTION

reservar Paris  NY reservar NY  SF

Sistemas de Processamento de Transações: Interfaces

Exemplo: reserva de bilhetes aéreos

T1:

BEGIN_TRANSACTION

reservar Lisboa  Londres reservar Londres  NY reservar NY  SF

END_TRANSACTION

Primitive Description

BEGIN_TRANSACTION Make the start of a transaction

END_TRANSACTION Terminate the transaction and try to commit ABORT_TRANSACTION Kill the transaction and restore the old values READ Read data from a file, a table, or otherwise WRITE Write data to a file, a table, or otherwise

T2:

BEGIN_TRANSACTION

reservar Paris  NY reservar NY  SF

END_TRANSACTION

As duas não podem ser confirmadas se há

apenas um lugar vago no voo NY



SF

Sistemas de Processamento de Transações

Propriedades ACID das Transações



A

tomicidade: para um observador externo, uma transação executa na sua

totalidade ou não executa, i.e., acontece indivisivelmente

(se existirem falhas, é possível desfazer as alterações parciais das transações, e

um observador externo não deve ver essas alterações parciais)



_C

_{onsistência: cada transação leva o sistema de um estado válido para um novo}

estado válido

(as invariantes associadas às estruturas de dados permanecem válidas)



_{Seriabilidade (}

_{Isolation): se diversas transações forem executadas em paralelo}

sobre os mesmos recursos, o resultado é equivalente à execução dessas

transações uma após a outra



_{Persistência (}

_{Durability): os resultados de uma transação que fez commit}

Sistemas de Processamento de Transações

 _{Transações Aninhadas:}

– Transações que afetam vários recursos são divididas em subtransações – O uso de transações aninhadas pode levar a alguns problemas:

» Suponha uma transação t com duas subtransações t1 e t2, executadas em paralelo » Se t1 se confirmar e t2 abortar, o que devemos fazer?

 

Sistemas de Processamento de Transações

 _{Transações Aninhadas:}

– Transações que afetam vários recursos são divididas em subtransações – O uso de transações aninhadas pode levar a alguns problemas:

» Suponha uma transação t com duas subtransações t1 e t2, executadas em paralelo » Se t1 se confirmar e t2 abortar, o que devemos fazer?

 Opção 1: os resultados de t1 valem (respeita-se a persistência de t1)

Sistemas de Processamento de Transações

 _{Transações Aninhadas:}

– Transações que afetam vários recursos são divididas em subtransações – O uso de transações aninhadas pode levar a alguns problemas:

» Suponha uma transação t com duas subtransações t1 e t2, executadas em paralelo » Se t1 se confirmar e t2 abortar, o que devemos fazer?

 Opção 1: os resultados de t1 valem (respeita-se a persistência de t1)

Mais correcto!

Sistemas de Processamento de Transações

 _{Transações Aninhadas:}

– Transações que afetam vários recursos são divididas em subtransações – O uso de transações aninhadas pode levar a alguns problemas:

» Suponha uma transação t com duas subtransações t1 e t2, executadas em paralelo » Se t1 se confirmar e t2 abortar, o que devemos fazer?

 Opção 1: os resultados de t1 valem (respeita-se a persistência de t1)

Sistemas de Processamento de Transações



_{Monitor de Processamento de Transações:}

– Middleware usado na integração de vários sistemas de informação através

do uso de transações

– Oferece uma interface de transações para sistemas distribuídos

» Exemplo de uso: concretizar transferência de dinheiro entre bases de

dados de bancos diferentes

Integração de Aplicações Corporativas

 _{Nem todas as aplicações são bases de dados, e em alguns casos é preciso integrar}

aplicações sem aceder às bases de dados que estão por trás

 _{As aplicações devem ser capazes de comunicar umas com as outras, e não permitir que}

os “clientes” acedam às suas bases de dados (como nos monitores de transacções)

 _{Existem vários modelos de comunicação, mas em geral, a integração de aplicações é}

feita através de middleware orientado a mensagens

Sistemas “Pervasivos” Distribuídos

Home Systems

Sistemas de Saúde Electrónicos

Redes de Sensores

Sistemas “Pervasivos” Distribuídos

 _{Fazem uso de telemóveis, sistemas embebidos e também computadores normais!}

 _{Conceito fundamental: Contexto}

– O contexto de um sistema distribuído é tudo que o cerca » Localização (via GPS)

» Conectividade (há rede?) » Nível de energia

 _{Requisitos dos sistemas “pervasivos”}

– Aceitar e reagir a mudanças de contexto – Encorajar composição ad hoc

– Ter como comportamento padrão a partilha de dados

 _{Na ocorrência de mobilidade, os dispositivos devem suportar adaptações ao ambiente}

dependentes das aplicações

– Descobrir serviços e reagir de acordo

Home Systems



Construídos sobre redes domésticas, que usualmente integram:

– Um ou mais PCs

– Uma série de aparelhos electrónicos como TVs, equipamento de áudio,

consolas, telemóveis, TV box, etc.

– Dispositivos como câmaras de vigilância, controlos de luz, etc.



_{A ideia é que todo esse equipamento seja interligado para que se possa:}

– Controlar o volume da TV e do equipamento de áudio pelo telemóvel

– Ver a saída da câmara de vigilância no PC

– Exportar fotos no PC para as visualizar na TV



Requisito número 1:

o sistema deve ser auto-configurável e auto-gerido

– Não vamos esperar que nossa avó consiga ligar todas essas coisas na sua

casa nova 

Sistemas de Saúde Electrónicos

 _{Considere uma pessoa que sofre de uma doença grave e, por exemplo, pode ter um}

ataque cardíaco a qualquer momento

 _{Faz-se uma BAN (Body-Area Network) nesse indivíduo utilizando uma série de sensores}

(e.g., posição, movimento, batimento cardíaco, respiração) e um sistema wireless (fios causariam incómodo)

 _{O sistema recolhe dados sobre o indivíduo que ajudam o médico a acompanhar a}

evolução da doença e/ou permitem a um sistema remoto chamar uma ambulância em caso de problemas urgentes

Sistemas de Saúde Electrónicos

 _{Considere uma pessoa que sofre de uma doença grave e, por exemplo, pode ter um}

ataque cardíaco a qualquer momento

 _{Faz-se uma BAN (Body-Area Network) nesse indivíduo utilizando uma série de sensores}

(e.g., posição, movimento, batimento cardíaco, respiração) e um sistema wireless (fios causariam incómodo)

 _{O sistema recolhe dados sobre o indivíduo que ajudam o médico a acompanhar a}

evolução da doença e/ou permitem a um sistema remoto chamar uma ambulância em caso de problemas urgentes

 _{Requisitos: robustez (e se algo falha?) e segurança (e se alguém atacar a rede?),…}

Dados são armazenados

num dispositivo e

transferidos periodicamente

Sistemas de Saúde Electrónicos

 _{Considere uma pessoa que sofre de uma doença grave e, por exemplo, pode ter um}

ataque cardíaco a qualquer momento

 _{Faz-se uma BAN (Body-Area Network) nesse indivíduo utilizando uma série de sensores}

(e.g., posição, movimento, batimento cardíaco, respiração) e um sistema wireless (fios causariam incómodo)

 _{O sistema recolhe dados sobre o indivíduo que ajudam o médico a acompanhar a}

evolução da doença e/ou permitem a um sistema remoto chamar uma ambulância em caso de problemas urgentes

 _{Requisitos: robustez (e se algo falha?) e segurança (e se alguém atacar a rede?),…}

Dados são armazenados

num dispositivo e

transferidos periodicamente

Dados são enviados continuamente para uma central de armazenamento.

Redes de Sensores



_{Redes de sensores são fundamentais para muitas aplicações “pervasivas”}



_{Uma rede de sensores consiste em muitos pequenos sensores (temperatura,}

movimento, radiação, etc.) com algum poder de processamento e comunicação

– Os elementos da rede são em geral muito limitados em termos de

processamento, comunicação e energia

Redes de Sensores



_{As redes de sensores normalmente operam como bases de dados distribuídas}

_{Exemplo: monitorização de estradas}

– Considere uma rede de sensores nas estradas de Portugal

– Lançam-se consultas do tipo: “Como está o tráfego na A2?”

– Para responder a esta consulta, os sensores espalhados pela A2 devem

colaborar com os seus dados. Há duas soluções possíveis:

(a.) Cada sensor envia os seus dados para uma base de dados centralizada

e uma “aplicação comum” consolida o resultado

(b.) Encaminha-se a consulta aos sensores relevantes que calculam a

resposta, sendo a aplicação/operador responsável por consolidar um

resultado final

Redes de Sensores

Solução (a.)

Problema: envia muita informação – desperdício de rede e energia.

Redes de Sensores

Solução (a.)

Problema: envia muita informação – desperdício de rede e energia.

Solução (b.)

Problema: desperdiça a capacidade de agregação da rede (podia ser retornada

muito menos informação)

Redes de Sensores

 _{Uma terceira solução melhor ainda, seria fazer o processamento dos dados na rede:}

– Define-se uma arvore de distribuição na rede de sensores – Difunde-se a consulta nessa arvore

– Os resultados são enviados de volta (devidamente agregados) até a raiz da arvore Solução (a.)

Problema: envia muita informação – desperdício de rede e energia.

Solução (b.)

Problema: desperdiça a capacidade de agregação da rede (podia ser retornada

muito menos informação)