Sistemas Distribuídos - Computação Distribuída e Paralela

Sistemas Distribuídos e Paralelos
Prof. Adriano Teixeira de Souza

 Poder de processamento das máquinas vem
crescendo rapidamente
 Grande parte das máquinas interligada por
redes de computadores
 Sistemas e aplicações estão cada vez mais
complexos
◦ Funcionalidade, Interfaceamento gráfico,
Comunicação, ...
◦ Maior carga, Maior número de usuários, ...
◦ Exigências de otimizar tempo de resposta,
incrementar a confiabilidade ...


 Consiste em executar simultaneamente
várias partes de uma mesma aplicação
 Tornou-se possível a partir do
desenvolvimento de sistemas operacionais
multi-tarefa, multi-thread e paralelos
 Aplicações são executadas paralelamente:
◦ Em um mesmo processador
◦ Em uma máquina multiprocessada
◦ Em um grupo de máquinas interligadas que se
◦ comporta como uma só máquina


 O que é?

◦ Consiste em executar aplicações cooperantes
em máquinas diferentes

◦ Tornou-se possível a partir da popularização
das redes de computadores


 A Computação Distribuída fornece toda a
infra-estrutura necessária para a construção
e operação efetiva de aplicações distribuídas

 Engloba todos os produtos necessários para
permitir que essas aplicações sejam
construídas e possam ser executadas em
um ambiente de rede heterogêneo, ou em
um ambiente centralizado


 Acoplamento
◦ Sistemas paralelos são fortemente acoplados:
compartilham hardware ou se comunicam através
de um barramento de alta velocidade
◦ Sistemas distribuídos são fracamente acoplados

 Previsibilidade
◦ O comportamento de sistemas paralelos é mais
previsível
◦ sistemas distribuídos são mais imprevisíveis
devido ao uso da rede e a falhas


 Influência do Tempo
◦ Sistemas distribuídos são bastante influenciados
pelo tempo de comunicação pela rede
◦ não há uma referência de tempo global geral
◦ Em sistemas paralelos o tempo de troca de
mensagens pode ser desconsiderado

 Controle
◦ em sistemas paralelos se tem o controle de todos
os recursos computacionais
◦ os sistemas distribuídos tendem a empregar
também recursos de terceiros


 Um SD deve prover:
◦ sincronização de processos

◦ gerenciamento da comunicação interprocessos

◦ tratamento de deadlocks

◦ tratamento de outras situações não encontradas em
sistemas centralizados


 Usam melhor o poder de processamento
 Apresentam um melhor desempenho
 Permitem compartilhar dados e recursos
 Podem apresentar maior confiabilidade
 Permitem reutilizar serviços já disponíveis
 Atendem um maior número de usuários
 Balanceamento de carga
 Escalabilidade


 Desenvolver, gerenciar e manter o sistema.
 Controlar o acesso concorrente a dados e a
recursos compartilhados.
 Evitar que falhas de máquinas ou da rede
comprometam o funcionamento do sistema.
 Garantir a segurança do sistema e o sigilo
dos dados trocados entre máquinas
 Lidar com a heterogeneidade do ambiente
 ...


 SO de Rede
◦ Provê ambiente no qual os usuários estão cientes
da multiplicidade das máquinas, acessando-as
remotamente
◦ Login remoto
 SSH
◦ Transferência remota de arquivos
 FTP
◦ Obriga que usuário mude de paradigma
 Conjunto de comandos específico no FTP
 Conjunto de comandos adequado do comando remoto no
SSH


 SO Distribuído
◦ Provê ambiente transparente, gerenciado pelo SO
◦ Migração de Dados
 Duas abordagens
 „FTP automático, com processamento local de uma cópia
completa
 Andrew File System
 Distribuir, manipulando pequenas porções
 NFS da Sun
 SMB da Microsoft


 SO Distribuído
◦ Migração de Computação
 RPC
 Troca de Mensagens
◦ Migração de Processos
 Balanceamento de Carga
 Aumento na velocidade de execução -> minimizar turnaround
time
 Preferência de hardware
 Preferência de software
 Acesso a dados


 Aplicações que são funcionalmente separadas
em processos distintos rodando em
computadores diferentes sobre uma rede

 Os processos interoperam para resolver um
problema computacional comum

 Consistem de interface de usuário, dados do
usuário e os processos em diferentes
computadores


Máquina 1 Máquina
Aplicação Aplicação
N

Apliacação Serviço Serviço Aplicação

Middleware para Programação Distribuída

Sistema Operacional Sistema Operacional

Hardware Hardware


 Middleware é um software que permite
elementos de aplicações interoperarem
através de redes

 Mesmo com as diferenças nos protocolos
de comunicação, arquiteturas de sistemas,
sistemas operacionais, bases de dados e
outro serviços de aplicação


 provê um modo para obter dados de um
lugar (..) para outro lugar (..)

 deve mascarar as diferenças existentes
entre SOs, plataformas de Hardware e
protocolos de rede

 deve ocultar a complexidade do processo
de transporte da rede, do desenvolvedor
da aplicação


 Fornecedores estão oferecendo serviços de
sistemas distribuídos que têm interfaces
de programação padronizadas e
protocolos

 tais serviços são chamados serviços de
middleware, porque se situam “no meio”,
num nível acima ao SO e ao software de
rede e abaixo das aplicações específicas


 Estratégias diferentes que permitem a
comunicação entre aplicações distribuídas
◦ Sockets

◦ RPC - Remote Procedure Call

◦ RMI (Remote Method Invocation)

◦ CORBA (Commom Object Request Broker Architecture)

◦ Web Services


 Client-Server Model
◦ Modelo tradicional e dominante a partir dos
anos 80
◦ Enfoque na LAN

 Web-Based Distributed Computing Model
◦ Enfoque na Internet
◦ Processos
◦ Threads
◦ Objetos Distribuídos
◦ Agentes


 Web-based Client-Server Computing
◦ proxy computing
 Dados e programa são mandados do cliente para o
servidor processar
◦ code shipping
 O cliente faz uma requisição ao servidor que envia o
programa para ser executado com dados locais do cliente
 Ex: Applets rodando no browser
◦ remote computing
 O cliente envia os dados para serem processados no
servidor
◦ agent-based computing
 three-tier model

 Um SO multitarefa permite simular o
paralelismo em um único processador,
alternando a execução de processos
 Um processador com núcleo múltiplo permite
paralelismo real entre processos, executando
múltiplas instruções por ciclo


 Uma Placa-Mãe Multiprocessador permite que
cada processador execute um processo


 Tyan S2696


 Cluster é o nome dado a um sistema montado com
mais de um computador, cujo objetivo é fazer com
que todo o processamento da aplicação seja
distribuído aos computadores, mas de forma que
pareça com que eles sejam um computador só.

 Com isso, é possível realizar processamentos que
até então somente computadores de alta
performance seriam capazes de fazer.



 Um Cluster é uma solução de baixo custo
para processamento de alto desempenho


 COULOURIS, George; DOLLIMORE, Jean,
KINDBERG, Tim. “Distributed Systems:
Concepts and Design”. 3 ed. Addison
Wesley, 2001.
 JIA, Weijia; ZHOU, Wanlei. “Distributed
Network Systems – from concepts to
implementations”. Boston: Springer, 2005.
 SILBERSCHATZ, Abraham; GALVIN, Peter;
GAGNE, Greg. “Sistemas Operacionais:
Conceitos e Aplicações”. Rio de Janeiro:
Campus, 2000.

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