Tipos de Sistemas Distribuídas

(1)

Tipos de Sistemas Distribuídas

Alysson Neves Bessani

Departamento de Informática

Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

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 que tem em conta mobilidade, autonomia e mudanças no ambiente

+ ou - estáticos

(2)

Sistemas de Computação Distribuída

Clusters

Computação em Grid

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.

(3)

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

_Gridssão 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 tem privilégios de acesso aos recursos

dessa organização

Computação em Grid

(4)

Sistemas de Informação Distribuídos

Sistemas de Processamento de Transacções

Integração de Aplicações Corporativas

Sistemas de Processamento de Transacções

Transacções são usualmente empregadas em interacções com bases de dados

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

O objectivo fundamental das transacções 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 transacção

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

3. indicar que se quer que as alterações fiquem permanentes (commit) ou que se quer abortar (i.e., esquecer) as alterações (abort)

caso aconteça uma falha antes da execução do passo 3, o sistema transaccional aborta todos os acessos efectuados desde o passo 1

(5)

Sistemas de Processamento de Transacções: Interfaces

Exemplo

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 Transacções

Propriedades ACID

Atomicidade: para um observador externo, uma transacção executa na sua

totalidade ou não executa

(se existirem falhas, é possível desfazer as alterações parciais das transacções, e um observador externo não deve ver essas alterações parciais)

_C_{onsistência: cada transacção leva o sistema de um estado válido para um}

novo estado válido

(os invariantes associados às estruturas de dados permanecem válidas)

Seriabilidade (_I_solation): se diversas transacções forem executadas em paralelo

sobre os mesmos recursos, o resultado é equivalente a execução dessas transacções uma após a outra

Persistência (Durability): os resultados de uma transacção que fez commit

(6)

Sistemas de Processamento de Transacções

Transacções Aninhadas:

– Transacções que afectam vários recursos são divididas em subtransacções – O uso de transacções aninhadas pode levar a alguns problemas:

» Suponha uma transacção t com duas subtransacções 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 durabilidade de t1)

Opção 2: os resultados de t1 não valem (respeita-se a durabilidade de t)

Mais correcto!

Sistemas de Processamento de Transacções

Monitor de Processamento de Transacções:

– Middleware usado na integração de vários sistemas de informação através do uso de transacções

– Oferece uma interface de transacções para sistemas distribuídos

» Exemplo de uso: concretizar transferência de dinheiro entre bases de dados de bancos diferentes

(7)

Integração de Aplicações Corporativas

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

aplicações sem aceder as bases de dados que estão por trás

As aplicações devem ser capazes de se comunicar uma com a outra, e não permitir que

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

Existem vários modelos de comunicação, mas em geral, a integração de aplicações se dá

através de middleware orientado a mensagens

Sistemas “Pervasivos” Distribuídos

Home Systems

Sistemas de Saúde Electrónicos Redes de Sensores

(8)

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 presença de mobilidade, os dispositivos devem suportar adaptações ao ambiente

dependentes das aplicações

– Descobrir serviços e reagir de acordo

– Isto pode implicar em perda de transparência

Home Systems

Construídos sobre redes domésticas, que usualmente contém:

– Um ou mais PCs

– Uma série de aparelhos electrónicos como TVs, equipamento de áudio, consolas, telemóveis, TV box, etc.

– Dispositivos como cameras 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 camera de vigilância no PC

– Exportar minhas fotos no PC para as visualizar na TV (através da PS3)

Requisito número 1:sistema deve ser auto-configurável e auto-gerido

– Não vamos esperar que nossa avó consiga ligar todas essas coisas em sua casa nova ☺

(9)

Sistemas de Saúde Electrónicos

Considere um sujeito que sofre de alguma 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 colecta dados sobre o indivíduo e os dados ajudam o médico a acompanhar a

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

Requisitos: robustez (e se algo falhas?) e segurança (e se alguém atacar a rede?),…

Dados são armazenados em um dispositivo e

transferidos periodicamente

Dados são enviados continuamente a 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

(10)

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 seus dados. Há duas soluções possíveis:

(a.) Cada sensor envia 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

Uma terceira solução melhor ainda seria fazer o processamento dos dados na rede:

– Monta-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