Projeto'Integrador. Arquiteturas Distribuídas

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Projeto'Integrador

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Sistema Distribuído

Um'sistema'distribuído'é'... um'conjunto'de'componentes'hardware'e'software, interligados'através'de'uma'infraestrutura'de' comunicação, que'cooperam'e'se'coordenam'entre'si'apenas'pela' troca'de'mensagens.'

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Sistema Distribuído

Aspetos'inerentes'à'separação'física'dos' componentes... E Paralelismo real,'falhas'independentes E Ausência'de'um'relógio'global,'visão parcial'do' estado'global'do'sistema E E>'implicações'no'objetivo'de'operar,'de'forma' concertada,'como'um'todo...

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Arquitetura

• Organização'de'um'sistema'(complexo)'em' componentes'mais%simples%com' funcionalidades/responsabilidades'próprias • _{Num'sistema%distribuído,'define:} – quais'os'componentes,'o'que'fazem'e'como' interagem'entre'si

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Arquitetura

• A'arquitetura'de'um'sistema'distribuído'pode' ser'determinada'por'vários'fatores: – requisitos'funcionais: • E e.g.,'controlo,'segurança,'etc. – requisitos'não'funcionais: • E desempenho'(escalabilidade,'latência),'disponibilidade • E custo

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Modelo'Cliente/Servidor

• A'arquitetura'mais'simples'divide'a'aplicação' distribuída'em'dois'componentes... Cliente Servidor pedido resposta

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Composição

• Arquiteturas'mais'sofisticadas'podem'ser' obtidas'por'composição'do'modelo'C/S… Servidor [particionado,'replicado,'geoEreplicado],' P2P,'3ETier,'etc. C _S C S C S C S C Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Servidor Servidor Servidor Servidor ServidorServidor Servidor Servidor Servidor

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Limitações Modelo C/S'Base

• Falhas,'capacidade limitada do'servidor,'

latência da'comunicação… Cliente Cliente Cliente Cliente Servidor

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Limitações Modelo C/S'Base

latência da'comunicação… Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente _Servidor

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Limitações Modelo C/S'Base

latência da'comunicação… Cliente Servidor Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente

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Limitações Modelo C/S'Base

latência da'comunicação… Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente

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Servidor'Particionado

• Serviço'é'fornecido'por'múltiplos'servidores,' dedicados'a'uma'parte'do'problema – Melhor desempenho,'falhas'parciais • Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Servidor Servidor Servidor Servidor

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Servidor'Replicado

• _{Serviço'é'fornecido'por'múltiplos'servidores'}

funcionalmente'idênticos

– aumenta a'disponibilidade do'serviço,'desempenho'

depende'do'custo de'manter'a'consistência entre' réplicas • Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Servidor Servidor Servidor Servidor ServidorServidor Servidor Servidor Servidor

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Servidor'GeoEReplicado

• _{Múltiplos'servidores'funcionalmente'idênticos%} e%distribuídos%geograficamente – aumenta a'disponibilidade,'reduz'latência;' consistência'entre'réplicas'mais'cara • Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Cliente Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor

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Arquiteturas nEtier/camadas

• Funcionalidades da'aplicação estão

fisicamente separadas em diversas camadas

– Gestão dos'dados,'separada do'seu processamento,'

da'sua apresentação

– (+++)'Flexibilidade em

– alterar cada camada

– de'forma'independente

Exemplo:'Arquitetura'3Etier/camadas Clientes Application

Server Base'de'Dados

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Modelo P2P

• Modelo'com'componentes' • funcionalmente'idênticas,' • interagindo'entre'si ( +')'controlo'descentralizado,'privacidade,'custo' reduzido,'escala'“ilimitada”… ('E )'difícil'de'concretizar'e'garantir'funcionalidades E Produtos:'Spotify,'Bittorrent C S C S C S C S

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Desempenho &'Escalabilidade

• Métricas

– Latência das'operações

• – afecta a'apreciação subjetiva da'qualidade do'serviço

– Débito

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Latência de'uma operação

tempo Cliente Servidor processamento local:'~1'ms pedido ao servidor:'~10E100'ms processamento no'servidor:~1E100'ms resposta do'servidor:'~10E100'ms processamento local:'~1E100'ms

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Latência de'uma operação

tempo Cliente Servidor processamento local:'~1'ms pedido ao servidor:'~10E100'ms processamento no'servidor:~1E100'ms resposta do'servidor:'~10E100'ms processamento local:'~1E100'ms

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Aplicação Web'no'Cliente

Algumas orientações:

Responsive'web'design

http://jquerymobile.com/demos/1.3.0/docs/intro/rwd.html

Dimensões das'imagens/objetos/scripts Fidelidade/detalhe ajustado à plataforma Bibliotecas em versões minimizadas

Carregamento dinâmico de'páginas

Dar'(algum)'feedback'logo'que possível Atualizar apenas o'necessário

Prefetching'and'caching

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Interação cliente/servidor

• Reduzir número de'interações

– Porquê?

• Latência da'interação

• Carga do'servidor

– Como?

• Verificações no'cliente sempre que possível

– e.g.'dados'dos'forms

• Caching'no'cliente,'caching'no'cliente,'caching'no'cliente,' caching'no'cliente,'…

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Caching'dos'dados

• _{Importante devido ao potencial impacto no'}

desempenho

– Dados'imutáveis:'simples

– _{Dados'mutáveis do'cliente (e.g.'preferências):'simples}

• _{Outros'dados'mutáveis:'gerir risco de'divergência}

– Aproximação simples/pragmática:'usar dados'em cache' e'aferir validade,'se'passou demasiado tempo,'

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Interações periódicas

• _{Impacto no'cliente pela carga induzida no'}

servidor

– e.g.:'informar servidor de'nova'localização,'obter localização de'um'grupo de'utilizadores,'etc.

• _{Aproximações possíveis}

– Utilizar soluções push'(iniciativa do'servidor)

– tendem a'ser'dependentes da'plataforma,'websockets

– _{Limitar e'adaptar frequência das'invocações}

– e.g.'apenas envia nova'localização se'a'actual'se'alterou siginifcativamente

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Tempo'de'execução duma'operação

tempo cliente servidor processamento local:'~1'ms pedido ao servidor:'~10E100'ms processamento no'servidor:~1E100'ms aumenta com'acessos a'disco,'

complexidade do'pedido e'carga resposta do'servidor:'~10E100'ms processamento local:'~1E100'ms

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Servidor:'caching'das'páginas

• Executar código em cada pedido é lento • Servidor/proxy'pode fazer cache'dos'

resultados e'servir o'cliente sem contatar o' servidor aplicacional

– RubyOnRails fornece solução:

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Servidor:'base'de'dados

• _{Base'de'dados'é determinante no'desempenho}

– Acesso é ordens de'grandeza mais lento'que computação

• _{Aspectos a'ter em consideração}

– Índices são fundamentais para bom desempenho

• e.g.'índices a'criar dependem das'pesquisas que se'fazem !!!

– Minimizar complexidade das'pesquisas efectuadas

• Joins'são pesados…'proibitivosse'não existirem os índices correctos

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Caching'dos'resultados da base'de'

dados

• Repetir as'queries'à base'de'dados'leva a'um'

mau desempenho

• _{Solução:'fazer caching'dos'resultados das'}

queries

– RubyOnRails fornece solução:

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Particionamento e caching'distribuído

• A'partir de'certo nível de'carga,'é necessário

ter mais servidores a'executar

– Aproximação simples

• Várias máquinas correm servidor aplicacional

• Continua'a'existir uma única base'de'dados

• Para'escalar,'é fundamental'acesso eficiente aos dados

• Solução:'memcached

• Memcached – servidor de'caching'distribuído

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Particionamento

• A'partir de'certo nível de'carga,'é necessário

ter mais servidores a'executar

• Aproximações mais complexas:

– Divisão em funcionalidades independentes servidas

por diferentes servidores

– Particionamento dos'dados,'de'forma'a'serem

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Índice

• Desempenho duma aplicação

– Cliente

– Interacção cliente/servidor

• Reduzir número de'interacções

• Reduzir dimensão das'interacções – Servidor

• Melhorar desempenho dos'acessos à base'de'dados

• Particionar servidor

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Medir desempenho:'porquê?

• Latência esperada

– Tempo'de'execução com'carga baixa

• Escalabilidade do'sistema

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Medir desempenho:'como?

• DeveEse'executar uma carga de'trabalho semelhante à

executada pelos utilizadores finais

– Nas aplicações web,'podeEse'obter logs'dos'servidores e'fazer replays

• Para'obter latência esperada

– Executar as'cargas de'trabalho múltiplas vezes e'obter média e' desvioEpadrão (ou min/max),'percentil 90,'95,'para cada operação

• Para'verificar escalabilidade

– Ir aumentandoo'número de'clientes a'executarem operações concorrentemente

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Algumas ferramentas

• _{Existe um'grande número de'ferramentas para}

testar a'escalabilidade do'servidor

– RubyonRails – http://guides.rubyonrails.org/performance_testing.html#generati ngEperformanceEtests – Apache'Jmeter – http://jmeter.apache.org/ – Httperf – http://www.hpl.hp.com/research/linux/httperf/

– _{Medir desempenho através de'reEexecução de'logs}