Sistemas Distribu

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Sistemas DistribuídosIntrodução

• Especialização em Redes de Computadores
• Prof. Fábio M. Costa
• Instituto de Informática - UFG

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Conteúdo

• O que é um sistema distribuído?
• Exemplos de sistemas distribuídos
• Requisitos de sistemas distribuídos
• Transparência em sistemas distribuídos

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O que é um Sistema Distribuído?
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O que é um Sistema Distribuído?
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O que é um Sistema Distribuído?

• Um sistema distribuído é uma coleção de hosts
  autônomos, conectados através de uma rede de
  computadores. Cada host executa componentes e
  opera um middleware de distribuição, o qual
  habilita os componentes a coordenarem suas
  atividades de tal forma que usuários percebam o
  sistema como um ambiente computacional único e
  integrado.

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Exemplos de Middleware

• Orientados a Transações
• IBM CICS
• BEA Tuxedo
• IBM Encina
• Microsoft Transaction Server
• Orientados a Mensagens
• Microsoft Message Queue
• NCR TopEnd
• Sun Tooltalk

• Procedural
• Sun ONC
• Linux RPCs
• OSF DCE
• Orientado a Objetos
• OMG CORBA
• Sun Java/RMI
• Microsoft COM
• Sun Enterprise Java Beans

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Características de Sistemas Centralizados

• Um componente, com partes não autônomas
• Componentes são compartilhados por todos os
  usuários durante todo o tempo
• Todos os recursos acessíveis (tipicamente)
• Software roda em um único processo
• Ponto de controle único
• Ponto de falha único

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Características de Sistemas Distribuídos

• Múltiplos componentes autônomos
• Componentes não são compartilhados por todos os
  usuários
• Recursos podem não ser acessíveis
• Software roda em processos concorrentes e em
  processadores distintos
• Múltiplos pontos de controle
• Múltiplos pontos de falha (!!!)

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Exemplos de Sistemas Distribuídos
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Motivação

• Estudos de caso
• Sistema de video-sob-demanda (Hongkong Telecom)
• Infra-estrutura de informática (setor bancário)
• Sistema de gerenciamento de configurações de
  aeronaves (Boeing)
• Sistema de gerência de federação de futebol
• Desenvolvidos empregando os princípios e técnicas
  apresentados neste curso
• Servem como exemplos ilustrativos para o curso

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Ex.1 Sistema deVídeo-sob-Demanda

• Objetivo prover aos assinantes facilidades para
  o download de vídeos a partir de servidores
  para serem apresentados em Web-TVs de baixo custo
• Atualmente cerca de 100.000 usuários
• Construído utilizando tecnologia de objetos

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Requisitos Heterogeneidade

• Hardware
• Clientes Web-TV
• Servidores processador RISC
• Sistemas operacionais
• Clientes JavaOS
• Servidores UNIX
• Linguagens de programação
• Clientes Java
• Servidores C

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Requisitos (cont.)

• Comunicação através da rede
• Como transmitir estruturas de dados complexas
  através da Internet?
• Escala
• Expansão para um grande número de usuários
• Segurança
• Forma segura de pagamento
• Autenticação e controle de acesso

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Por que Tecnologias de Objetos Distribuídos?

• Distribuição
• Clientes de vídeo necessitam fazer o download /
  exibição de vídeo na Web-TV do usuário final
• Múltiplos servidores (balanceamento de carga)
• Tecnologia de objetos
• Clientes de vídeo escritos em Java
• Web-TV contém um Máquina Virtual Java
• Portabilidade - ex Sony Playstation, Sega
  Console
• Servidores de vídeo escritos em C desempenho

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Por que Tecnologias de Objetos Distribuídos?
(cont.)

• Uma maneira natural de particionar a
  funcionalidade de uma aplicação ou sistema
• Objetos unidades funcionais autônomas que se
  comunicam entre si através da troca de mensagens
• Abstração ideal para a construção de sistemas
  distribuídos
• Objetos diferentes podem ser instalados em
  computadores distintos
• Cooperação através de mensagens transmitidas pela
  rede

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Ex.2 Infra-estrutura de Informática Empresarial
(Setor Bancário)
Serviço de Informações de Clientes
Serviços de Autorização
Estação de Negócios
Serviço de Banco de Dados de Produtos
Serviços de Marketing
Serviços em Mainframes
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Requisitos

• Tempo para se chegar ao mercado
• Desenvolvimento de novas aplicações com
  tecnologia recente
• Integração de novas aplicações tem se tornado
  cada vez mais difícil
• Escalabilidade
• Administração de milhões de contas e clientes
• Milhares de usuários concorrentes
• Confiabilidade

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Requisitos (cont.)

• Heterogeneidade de Hardware
• Mainframes (Unisys, IBM, etc.)
• Servidores SUN SPARC
• PCs
• Heterogeneidade de Sistema Operacional
• MVS, UNIX, Linux, Windows
• Heterogeneidade de Linguagem de Programação
• Cobol, C/C, Visual Basic, Java

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Por que Tecnologia de Objetos Distribuídos

• Permite uma visão uniforme de todos os serviços
  da empresa e de como acessá-los
• Provê um nível apropriado de abstração
• Preserva o investimento encapsulando aplicações
  legadas
• Permite explorar as vantagens da tecnologia de
  objetos em novos projetos
• Uma forma natural de resolver
• distribuição
• heterogeneidade

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Ex.3 Gerência de Configuração Boeing 777
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Problemas a serem resolvidos

• Escala
• 3.000.000 de peças por aeronave
• A configuração de cada aeronave é diferente
• Regulamentos demandam que registros sejam
  mantidos para cada peça de uma aeronave
• Aeronave evolui durante manutenções
• Produção de 500 aeronaves por ano
• Banco de dados de configuração cresce 1,5 bilhão
  de partes a cada ano
• Tempo de vida de uma aeronave 30 anos
• 45.000 engenheiros necessitam acesso on-line aos
  dados de configurações

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Problemas a serem resolvidos (cont.)

• Integração de componentes de prateleira
• Infra-estrutura de TI se tornou inadequada
• Mas a empresa não podia se dar ao luxo de
  re-construir toda a sua infra-estrutura de TI
• Componentes foram comprados de diversos
  fabricantes especializados
• Banco de dados relacional
• Planejamento de recursos da empresa (ERP)
• Planejamento de projetos auxiliado por computador
• Componentes precisavam ser integrados

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Problemas a serem resolvidos (cont.)

• Heterogeneidade
• 20 máquinas de banco de dados Sequent para
  gerenciar os dados de configuração de aviões
• 200 servidores de applicações UNIX
• Estações de trabalho NT e UNIX para os engenheiros

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Por que Tecnologia de Objetos Distribuídos

• Componentes de prateleira encapsulam a
  funcionalidade da aplicação
• Resolvendo o problema de distribuição em um nível
  mais elevado de abstração
• Resolvendo o problema da heterogeneidade
• Escalabilidade da solução

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Ex.4 Administração de uma Federação de Futebol

• Administração de campeonatos, seleção nacional,
  clubes, transferência de jogadores, etc.
• Sistema imaginário
• Exemplo comum, que pode ser ajustado com
  finalidade didática

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Requisitos

• Autonomia dos clubes
• Cada clube opera sua própria administração,
  treinamento, escala de jogos e jogadores, etc.
• Necessidade de integração para
• o registro de jogadores na federação de futebol
• requisitar jogadores para a seleção nacional
• combinar a escala de jogos do campeonato
• Heterogeneidade
• Diferentes máquinas (Windows, Linux, etc.)
• Diferentes linguagens de programação

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Requisitos de Sistemas Distribuídos
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Requisitos Gerais

• Integração de componentes
• Componentes novos, implementados com a mais
  moderna tecnologia
• Componentes de prateleira (COTS), que não podem
  ser modificados
• Componentes legados, sem a necessidade de uma
  re-engenharia
• Heterogeneidade
• Plataformas de hardware, sistemas operacionais,
  linguagens de programação e redes

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Requisitos Comuns

• Qual o objetivo da construção de um sistema
  distribuído?
• Compartilhamento de Recursos
• Abertura
• Concorrência
• Escalabilidade
• Tolerância a Falhas
• Transparência

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Compartilhamento de Recursos

• Habilidade de usar qualquer hardware, software ou
  dados em qualquer lugar do sistema
• Gerenciador de recursos
• Controla o acesso aos recursos
• Provê um esquema de nomes para os recursos
• Controla acessos concorrentes aos recursos

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Compartilhamento de Recursos (2)

• Modelo de compartilhamento
• Cliente / Servidor
• Baseado em objetos
• Define
• a forma pela qual recursos são providos
• formas de uso dos recursos
• como o provedor do recurso e os usuários
  interagem entre si e com o gerenciador

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Abertura

• Relacionada com futuras extensões e melhorias que
  um sistema distribuído pode sofrer
• Novos componentes precisam ser integrados,
  juntamente com componentes existentes (legados)
• Provenientes de diversas fontes
• Usando diferentes tecnologias
• Necessário publicar interfaces detalhadas dos
  componentes
• Diferenças de representação de dados precisam ser
  resolvidas (para uma troca de informações efetiva)

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Concorrência

• Em um sistema distribuído, componentes são
  executados em paralelo
• Em processos ou máquinas diferentes
• Componentes acessam e atualizam recursos
  compartilhados (variáveis, bancos de dados)
• A integridade do sistema pode ser violada se
  atualizações concorrences não forem coordenadas
• Atualizações podem ser perdidas (sobrescritas)
• Análise de dados pode ficar inconsistente

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Escalabilidade

• Adaptação de sistemas distribuídos para
• Acomodar mais usuários
• Obter um tempo de resposta mais rápido
• Usualmente através da adição de mais
  processadores
• Componentes não devem necessitar ser alterados
  quando a escala do sistema cresce
• Componentes devem ser projetados para serem
  escaláveis

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Tolerância a Falhas

• Hardware, software e redes podem falhar!
• Um sistema distribuído deve manter sua
  disponibilidade mesmo em baixos níveis de
  confiabilidade do hardware/software/rede
• Tolerância a falhas pode ser obtida com
• técnicas de recuperação
• redundância

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Transparência emSistemas Distribuídos
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Transparência

• Um sistema distribuído deve ser percebido por
  seus usuários e pelos programadores de aplicações
  como um sistema único e coeso
• ao invés de uma coleção de máquinas separadas
• Várias dimensões de transparência identificadas
  pelo modelo ISO RM-ODP
• Modelo de Referência para Sistemas Distribuídos
  Abertos
• Representam as diversas propriedades que um
  sistema distribuído deve possuir

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Transparências de Distribuição
Concurrency Transparency
Access Transparency
Location Transparency
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Transparência de Acesso

• Permite que objetos e informações remotas sejam
  acessados usando operações idênticas
• Mascara as diferentes formas de acesso empregadas
  por cada tecnologia utilizada
• Exemplos
• Operações de acesso a um sistema de arquivos
  distribuído com NFS (Network File System)
• Navegação na WEB
• Consultas em SQL

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Transparência de Localização

• Permite que objetos e informações sejam acessados
  sem o conhecimento de sua localização
• Exemplos
• Arquivos acessados via NFS
• Páginas na WEB ()
• Tabelas em um banco de dados distribuído

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Transparência de Concorrência

• Permite que vários processos operem
  concorrentemente usando objetos de informação
  compartilhados sem interferirem entre si
• Exemplos
• NFS
• Caixa eletrônico
• Sistema gerenciador de bancos de dados (SGBD)

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Transparência de Replicação

• Permite que múltiplas instâncias de objetos de
  informação sejam usados para melhorar o
  desempenho e a confiabilidade
• Sem que os usuários ou programadores de
  aplicações tomem conhecimento da existência das
  réplicas
• Exemplos
• SGBD distribuído
• Espelhamento de páginas WEB

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Transparência de Falhas

• Mascara a ocorrência de falhas
• Permite que usuários e aplicações completem suas
  tarefas normalmente a despeito de falhas em
  alguns componentes do sistema
• Exemplo
• Transações em um SGBD

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Transparência de Migração

• Permite a movimentação de um objeto dentro do
  sistema distribuído sem afetar as operações dos
  usuários ou dos programas de aplicação
• Duas variantes
• Migração propriamente dita com relação ao objeto
  migrado
• Relocação com relação a outros objetos no
  sistema
• Exemplos
• NFS
• Páginas WEB

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Transparência de Desempenho

• Permite que o sistema distribuído seja
  reconfigurado para melhorar o desempenho para
  refletir mudanças na carga de processamento
• Através de replicação e migração
• Exemplo
• Utilitário make distribuído
• Programa é compilado em várias máquinas em
  paralelo, transparentemente para o usuário

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Transparência de Escala

• Permite que o sistema e as aplicações possam ser
  expandidos em escala sem a necessidade de
  mudanças em sua estrutura ou nos algoritmos
  utilizados
• Exemplo
• WWW
• Bancos de dados distribuídos

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Pontos-Chave

• O que é um Sistema Distribuído
• Adoção de sistemas distribuídos é regida por
  requisitos não-funcionais
• Necessidades de distribuição são transparentes
  aos usuários e projetistas de aplicações
• Várias dimensões de transparência
• Dimensões de transparência dependem entre si