1-SistemasDistribuidos

Pós graduação em Redes e Telecomunicações:

Tecnologias Convergentes

Implementação de Aplicações e Serviços de Telecom

Anderson Theobaldo

•

_{Critérios de avaliação:}

– _{Avaliação - 40 pontos}

– _{Exercícios - 45 pontos} – _{Participação - 15 pontos}

– _{SAMPAIO, Cleuton. SOA e Web services em}

Java. Rio de Janeiro: Brasport, 2006.

– _{TANENBAUM, Andrew S.; STEEN, Maarten van.}

Sistemas Distribuídos: Princípios e Paradigmas.

Pearson, 2007.

– _{COULOURIS, George; DOLLIMORE, Jean;} KINDBERT, Tim. Sistemas Distribuídos –

Conceitos e Projetos. Bookman, 2007

– _{DEITEL, Harvey M.; DEITEL, P.J., Java Como}

Programar, 8a. edição, editora Prentice Hall, 2010.

–

_{http://www.w3.org/TR/soap}

_{/ -}

Especificação 1.2 do padrão SOAP

–

_http://

_{www.w3.org/TR/wsdl - Especificação}

do padrão WSDL

–

_http://

www.tmforum.org/TMForumFrameworx/191

1/Home.html

- TM Forum Frameworx

Bibliografia

Sumário

•

_{Sistemas Distribuídos}

•

Telecomunicações

Sistemas Distribuídos

O que é um Sistema Distribuído?

“Um sistema

executando em uma

coleção de

computadores

independentes que

aparecem para os

usuários deste como

um único

computador.”

(Tanenbaum)

“Um sistema

executando em uma

coleção de

computadores

independentes que

aparecem para os

usuários deste

como

um único

computador

.”

(Tanenbaum)

“Um sistema em que

componentes de

hardware e software

localizados em

computadores em rede

se comunicam e

coordenam suas ações

por passagem de

mensagens.”

(Coulouris et al)

“Um sistema em que

componentes de

hardware e software

localizados em

computadores em rede

se

comunicam

e

coordenam

suas ações

por

passagem de

mensagens

.”

Sistemas Distribuídos

•

_{“Definição curiosa” de Lamport:}

“Um sistema distribuído é aquele onde eu não consigo

fazer nada porque algum computador do qual eu nunca

tinha ouvido falar falhou.”

Leslie Lamport é um famoso pesquisador da área de sistemas distribuídos, tendo feito diversas contribuições em temas como ordenação de mensagens, sincronização de relógios, tolerância a falhas e consenso.

Sistemas Distribuídos

Fatores motivadores:

•

Economia

–

_{Necessidade de compartilhar recursos}

–

_{Melhoria da relação custo/benefício entre}

investimento e desempenho (infraestrutura)

•

Evolução tecnológica

–

_{Microprocessadores de alto desempenho e}

baixo custo

Sistemas Distribuídos

Fatores motivadores:

•

_{O uso de sistemas de informação e redes}

de comunicação tornam-se cada vez mais

importantes;

•

_{Com o aumento da complexidade dos}

sistemas em geral, os sistemas

distribuídos passam a ser cruciais nas

infra-estruturas de informação de hoje e do

futuro;

Sistemas Distribuídos

Características

•

_{Conjunto de máquinas autônomas}

•

_{Conectadas por canais de comunicação}

•

_{Que se comunicam por mensagens}

•

_{Sem um estado global}

Sistemas Distribuídos

Características

•

_{Desenvolver uma aplicação distribuída é mais}

complexo do que uma aplicação centralizada

•

_Desafios:

–

_{Heterogeneidade}

–

_{Ser aberto}

–

_Segurança

–

_{Escalabilidade}

–

_{Tolerância a Falhas}

–

_{Concorrência}

–

_{Transparência}

Sistemas Distribuídos

Heterogeneidade

• _{Variedade e diferença em termos de:}

– _Hardware

– _{Sistemas operacional}

– _Rede

– _{Linguagem de programação} – _Fabricante

• _{Exemplos de heterogeneidade na Internet}

– _{Diferentes implementações do mesmo conjunto de protocolos para} diferentes tipos de rede: IP, TCP, UDP, SMTP

– _{Diferentes padrões de representação de dados: IDL, XML} – _{Diferentes padrões de bibliotecas: POSIX, DLL}

– _{Diferentes padrões de invocação de serviços: COM, CORBA, RMI,} SOAP

Sistemas Distribuídos

Abertura

• _{Facilidade de extensão e atualização}

– _{Adição de novos recursos e serviços}

– _{Re-implementação de serviços existentes}

• _{Depende que as interfaces de acesso aos principais componentes} do sistemas sejam conhecidas e estejam disponíveis para os

programadores.

• _{Exemplos de abertura na Internet}

– _{Especificações controladas e atualizadas por um Comitê Gestor} – _{Novos produtos e serviços implementados de acordo com as}

especificações vigentes

– _{Conformidade da implementação deve ser testada e verificada para} garantir o correto funcionamento do sistema (Quem verifica?)

Sistemas Distribuídos

Segurança

• _{Proteção para recursos compartilhados}

– _{Confidencialidade (proteção contra usuários não autorizados)}

Ex.: Acesso a dados sobre salário, histórico médico, preferências sexuais – _{Integridade (proteção contra alteração e corrupção)}

Ex.: Alteração indevida de dados usados em transações bancárias – _{Disponibilidade (proteção contra interferência ao meio de acesso)} Ex.: Queda ou sobrecarga do servidor ou do meio de comunicação

• _{Principais mecanismos de segurança na Internet}

– _Firewall

– _{Assinaturas digitais}

– _{Canais de seguros de comunicação}

• _{Desafios recentes}

– _{Ataques de negação de serviço} – _{Segurança para código móvel}

Sistemas Distribuídos

Escalabilidade

• _{Capacidade do sistema permanecer operando de forma efetiva} mesmo diante de um aumento significativo do número de usuários e/ou dos recursos disponíveis.

• _{Principais desafios:}

– _{Controlar o custo dos recursos físicos} – _{Controlar perdas de desempenho}

– _{Prevenir o esgotamento dos recursos de software}

– _{Evitar “gargalos” de desempenho na rede ou nos próprios servidores}

• _{Principais técnicas:}

– _Replicação – _Caching

Sistemas Distribuídos

Tolerância a falhas

• _{Falhas são inevitáveis em sistemas computacionais}

– _{Resultados incorretos}

– _{Interrupção não planejada do serviço antes de sua conclusão}

• _{Falhas em sistemas distribuídos são parciais} • _{Técnicas de tratamento de falhas mais comuns:}

– _{Detecção (ex. bits de paridade)}

– _{Mascaramento (ex. retransmissão de mensagens)} – _{Tolerância (ex. informar o usuário do problema)} – _{Recuperação (ex. transações em BD’s)}

– _{Redundância (ex. replicação de tabelas no DNS)}

• _{Sistemas distribuídos devem oferecer alta disponibilidade de} recursos mesmo diante da ocorrência de falhas

– _{Disponibilidade: medida da proporção do tempo que um recurso está} disponível para uso

Sistemas Distribuídos

Concorrência

•

_{Suporte para múltiplos acessos simultâneos a um ou}

mais recursos compartilhados

– _{Possibilidade de inconsistências quando os recursos são} alterados

•

_{Serviços que representam recursos compartilhados}

devem ser responsáveis por garantir que as operações

de acesso os mantenham em um estado consistente

– _{Válido para servidores e objetos de aplicações}

•

_{Técnicas mais comuns:}

– _{Sincronização de acesso (ex.: exclusão mútua distribuída)} – _{Protocolos de controle de concorrência}

Sistemas Distribuídos

Transparência

• _{Abstração para os usuários e programadores de aplicação da} separação física dos recursos em um sistema distribuído

– _{Sistema percebido como um “todo” coerente ao invés de uma coleção} de partes independentes

• _{Formas de transparência}

– _{Transparência de acesso: permite o acesso a componentes remotos e} locais através das mesmas operações

– _{Transparência de localização: permite o acesso a componentes sem} conhecimento da sua localização física

– _{Transparência de concorrência: permite a execução concorrente de} múltipla operações sobre o mesmo conjunto de recursos sem causar interferência entre elas

– _{Transparência de replicação: permite usar múltiplas instâncias de um} mesmo recurso lógico sem conhecimento da existência de réplicas

Sistemas Distribuídos

Transparência

• _{Formas de transparência (cont.)}

– _{Transparência de falha: permite esconder a ocorrência de falhas dos} usuários e programadores

– _{Transparência de mobilidade (migração): permite a realocação de} recursos e aplicações sem afetar o seu uso

– _{Transparência de desempenho: permite a re-configuração do sistema} para aumentar o seu desempenho conforme varia a carga de trabalho – _{Transparência de escala: permite a expansão do sistema e de suas}

aplicações sem exigir mudanças significativas na infra-estrutura existente

• _{As duas formas mais importantes são acesso e localização!}

– _{Suas presenças (ou ausências) afetam profundamente a maneira como} os recursos são utilizados em um sistema distribuído

Sistemas Distribuídos

Transparência

• _{Exemplos de transparência:}

– _{Ferramenta para “exploração” de arquivos que mantêm as mesmas} opções de navegação para pastas locais e remotas

– _{API para acessar dados que utiliza as mesmas operações para dados} locais e remotos

• _{Exemplos de falta de transparência:}

– _{Sistema distribuído onde só é possível acessar arquivos remotos via}

FTP

– _{Serviço de jogos online que precisa ser tirado do ar para acrescentar} ou trocar um servidor

Sistemas Distribuídos

Transparência

•

dependência) e nível (usuário ou programador)

– _{Nível do usuário: distribuição física dos recursos é imperceptível para} os usuários das aplicações (ex.: navegador da Web)

– _{Nível do programador: distribuição física dos recursos é imperceptível} tanto para os usuários quanto para os programadores das aplicações (ex.: programação com middleware ou SO distribuído)

• _{Importante: transparência total pode ser indesejável ou até mesmo} impossível na prática!!

Sistemas Distribuídos

Definições:

•

_Middleware

– _{Infra-estrutura de software que fica entre o sistema operacional} e uma aplicação distribuída

– _{Tem como objetivo tornar mais simples e produtivo o} desenvolvimento de uma aplicação distribuída

– _{Oferece abstrações/recursos de mais alto nível que torna} transparente ao programador detalhes de programação em redes

– _{Procura fazer com que a programação distribuída seja mais} semelhante à programação centralizada

Sistemas Distribuídos

Sistemas Distribuídos

•

_{Principais exemplos de Middleware :}

– _{Sun RPC (Remote Procedure Calls)}

– _{OMG CORBA (Common Request Broker Architecture)} – _{Microsoft D-COM (Distributed Components Object Model)} – _{Sun Java RMI}

–

_{Middleware modernos}

• _{Melbourne Gridbus – para Grid computing} • _{IBM WebSphere}

• _{Microsoft .NET} • _{Sun J2EE}

Sistemas Distribuídos

Exemplos

•

_Internet

–

_{Serviços: www, ftp, e-mail, chat}

•

_Intranet

–

_{Compartilhamento de recursos e informações}

•

_{Computação móvel}

Sistemas Distribuídos

Exemplos

•

_{Caixa eletrônico}

•

_{Banco na Internet}

•

_{Reserva e venda de passagens}

•

_{Comércio eletrônico}

•

_{Sistema de Matrícula}

•

_Etc...

Sistemas Distribuídos

Classes de Sistemas Distribuídos

•

_{Aplicações inerentemente distribuídas}

–

_{Correio eletrônico (SMTP)}

–

_{WWW (HTTP)}

–

_{Teleconferência}

–

_{Programas para manutenção de redes: roteamento,}

gerenciamento... (RIP, BGP, SNMP)

–

_{Sistemas operacionais distribuídos}

–

_Jogos

Sistemas Distribuídos

Classes de Sistemas Distribuídos

•

_{Aplicações distribuídas para aumento de}

desempenho

–

_Cluster

–

_Grid

•

_{Aplicações tolerantes a falhas}

–

_{e-mail (SMTP)}

Sistemas Distribuídos

Cluster x Grid

•

_{Cluster computing}

– _{Homogeneidade}

– _{Imagem de um sistema único} – _{Gestão centralizada}

– _{Usado para computação de alto desempenho e alta} disponibilidade

•

_{Grid Computing}

– _{Alto grau de heterogeneidade} – _{Gestão distribuída}

– _{Não há uma imagem única do sistema}

Sistemas Distribuídos

•

_Cluster

Sistemas Distribuídos

•

_Grid

“Um tipo de sistema paralelo e distribuído que permite

compartilhamento, seleção, e agregação de recursos

autônomos geograficamente distribuído, dinamicamente em

tempo de execução, dependendo de sua disponibilidade,

capacidade, desempenho, custo, e requisitos de qualidade

de serviço” [Buyya].

Sistemas Distribuídos

Sistemas Distribuídos

Modelo Cliente / Servidor

•

_{Servidor (passivo)}

–

_{Oferece e executa serviços para os Clientes}

–

_{Responde aos pedidos dos clientes (processamento}

específico)

•

_{Cliente (ativo)}

–

_{Submete pedidos ao Servidor}

Sistemas Distribuídos

Modelo Cliente / Servidor

•

_{Características}

–

_{Interação é sempre iniciada pelo Cliente.}

–

_{Um Servidor pode ser Cliente de outro Servidor}

• _{Um servidor Web é frequentemente cliente de um servidor} de arquivos que gerencia os arquivos nos quais páginas Web são armazenadas.

• _{Servidores Web e a maioria dos serviços Internet são} clientes do serviço DNS (responsável pela tradução de nomes de domínio em endereços de rede).

Sistemas Distribuídos

Código Móvel e Applets Java (variação do Client/Server)

• _{Os Applets convencionais possuem restrições de segurança,} impedindo que estas possam:

– _{Ler e escrever no sistema de arquivos do cliente}

– _{Estabelecer conexões em rede, exceto para o servidor hospedeiro} – _{Iniciar outros programas no sistema do cliente}

– _{Carregar bibliotecas ou definir chamadas a métodos nativos.}

• Estas restrições podem ser eliminadas para Applets

assinados e transmitidos de forma segura.

36

Sistemas Distribuídos

Modelo Cliente / Servidor

•

_{Duas camadas}

Sistemas Paralelos e Distribuídos 37

Sistemas Distribuídos

Modelo Cliente / Servidor

•

_{Multicamadas Vertical}

Sistemas Paralelos e Distribuídos 38

Sistemas Distribuídos

Modelo Cliente / Servidor

•

_{Multicamadas Vertical}

Sistemas Distribuídos

Modelo Objetos Distribuídos

–

_{Sem distinção entre cliente e servidor}

–

_{Conjunto de objetos que interagem independente da}

localização

–

_{Permite adicionar novos recursos quando necessário}

–

_{Alta escalabilidade (várias instâncias de um mesmo}

objeto em diferentes pontos da rede)

–

_{Reconfiguração dinâmica}

Sistemas Distribuídos

Modelo Objetos Distribuídos

–

_{Middleware para comunicação}

• _{Permite a comunicação entre objetos heterogêneos}

–

_{Middleware para componentes}

• _{Fornecem uma base para desenvolvimento de} componentes compatíveis

Sistemas Distribuídos

Modelo P2P (Ponto a Ponto)

• _{Sistemas descentralizados com processamento em qualquer nó da} rede

• _{Distribui processamento e armazenamento pela rede} • _{Sistemas pessoais e pouco utilizados para negócios} • _{Arquitetura descentralizadas ou semi-centralizada} • _{Exemplos: eMule, Kazaa, eDonkey, Gnutella, etc...}

•

_Vantagens

– _{Escalabilidade}

– _{Tolerância a falhas}

•

_Desvantagem

Sistemas Distribuídos

Modelo Orientadas a Serviços

•

_{Baseada no consumo de serviços externos}

•

_{Web Service é uma abordagem tecnológica para}

implementar essa arquitetura

•

_{O fornecimento de serviços não depende da aplicação}

que consome o serviço

Sistemas Distribuídos

•

_Vantagens

–

_{Compartilhamento de recursos}

• _{Hardware (discos, impressoras, etc.)}

• _{Software (arquivos, compiladores, objetos, etc.)}

–

_{Sistemas abertos}

• _{Projetos baseados em protocolos-padrão}

–

_{Suportam a concorrência entre processos}

–

_{Boa relação custo/desempenho}

Sistemas Distribuídos

•

_Vantagens

–

_{Maior velocidade}

–

_{Maior confiabilidade e disponibilidade}

–

_{Facilidade de expansão (escalabilidade)}

• _{Adição de novos recursos}

• _{Suporte ao aumento da demanda}

–

_{Tolerância a falhas}

• _{Redundância de hardware e software}

Sistemas Distribuídos

•

_Desvantagens

–

_{Maior complexidade}

–

_{Problemas de Segurança}

• _{Integridade de dados na rede} • _{Interceptação de dados na rede}

–

_{Alto custo de implementação}

• _{Profissionais especializados}

Sistemas Distribuídos

•

_Desvantagens

–

_{Maior complexidade de gerência}

• _{Heterogeneidade de hardware}

• _{Heterogeneidade de sistemas operacionais} • _{Propagação de defeitos}

–

_{Maior dificuldade para diagnosticar problemas}

• _{Imprevisibilidade}

• _{Variação de desempenho de uma requisição para outra} • _{Um servidor parou ou está apenas lento?}

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