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Arquitetura de Sistemas Distribuídos

Introdução aSistemas Distribuídos


Definição:

● "Um sistema distribuído é uma coleção de computadores autônomos conectados por uma rede e equipados com um sistema de software distribuído."

● "Um sistema distribuído é uma coleção de computadores independentes que aparenta ao usuário ser um computador único."


Outra definição de Sistema Distribuído

● "Você sabe que tem um sistema distribuído quando a falha de um computador do qual você nunca ouviu falar faz com que você pare completamente de trabalhar." [Leslie Lamport]


Avanços tecnológicos

● Invenção de redes de computadores de alta velocidade (anos 70):– Redes locais (Local Area Network - LAN)– Redes de longa distância (Wide Area

Network – WAN)

● Desenvolvimento de microprocessadores potentes (anos 80).


Considerações

● É relativamente fácil agrupar um grande número de CPUs, conectando-as por uma rede de alta velocidade.

● O software para sistemas distribuídos é completamente diferente do software para sistemas centralizados e está apenas começando a se desenvolver.


Exemplos de SD

● Rede local de computadores de uma universidade ou companhia

● Rede local de computadores em uma fábrica● Um grande banco com muitas agências,

cada qual com um computadores e caixas automáticas


Exemplos de SD (continuação)

● Sistema de reserva de passagens aéreas● Sistema de controle de estoque, vendas e

entregas numa cadeia de lojas● Serviços da Internet: WWW● Sistemas de acesso a recursos de

multimídia e de conferência


Vantagens de SD sobre SC

● Melhor relação custo/benefício● Capacidade de processamento além dos

limites práticos de SC ● Maior confiabilidade e disponibilidade● Crescimento gradativo da capacidade de

processamento


Vantagens de SD sobre PCs independentes

● Compartilhamento de dados entre usuários● Compartilhamento de recursos de hardware

e software● Comunicação entre pessoas● Flexibilidade na distribuição de tarefas de

acordo com as aplicações


Desvantagens de SD

● Falta de software adequado● Falhas e saturação da rede de comunicação

podem eliminar as vantagens de SD● Segurança pode ser comprometida: fácil

acesso a dados e recursos reservados


Sistemas operacionais de rede

● Estações de trabalho conectadas via LAN● Cada estação tem seu próprio sistema

operacional● Ferramentas para login remoto e cópia de

arquivos entre estações● Servidores de arquivos e ferramentas para

causar aparência de arquivo local


Sistemas distribuídos autênticos

● A rede toda tem aparência de ser um único sistema timesharing: virtual uniprocessor, single-system image

● Mecanismo global para comunicação entre processos

● Gerenciamento de processos homogêneo● Sistema de arquivos homogêneo


Sistemas timesharing para multiprocessadores

● Fila única de processos prontos para execução: melhor distribuição de carga

● CPUs especializadas em: executar processos, controlar periféricos, executar sistema operacional (gerenciar a memória global)

● Sistema de arquivos comporta-se de maneira semelhante a um SC


Comparação de SW para SD

SO de rede SOdistribuído

SO paramultiproc.

Parece um SC Não Sim Sim

Mesmo SO Não Sim Sim

Cópias de SO N N 1

Comunicação Arquivoscompartilhados

Mensagens Memóriacompartilhada

Protocoloscomuns

Sim Sim Não

Fila única deexecução

Não Não Sim


Características básicas de SD

● Compartilhamento de recursos● Extensibilidade (openness)● Concorrência● Escalabilidade (crescimento gradativo

suave)● Tolerância a falhas● Transparência


Compartilhamento de recursos

● Componentes de hardware: discos, impressoras, ...

● Componentes de software: arquivos, bancos de dados, ...

● Modelos básicos:– Modelo cliente-servidor– Modelo baseado em objetos


Extensibilidade

● Extensões de hardware: periféricos, memória, interfaces de comunicação, ...

● Extensões de software: funções de SO, protocolos de comunicação, ...

● Interfaces chaves são públicas (system calls)● Mecanismo uniforme de comunicação entre

processos


Concorrência

● Mais de um processo em execução a cada instante:– Atividades separadas de usuários– Independência de recursos– Localização de processos servidores em

computadores distintos● Acesso concorrente a recursos

compartilhados requer sincronização


Escalabilidade

● Quantidade de trabalho envolvido no processamento de qualquer requisição de acesso a um recurso compartilhado independe do tamanho da rede

● Técnicas: replicação, caching, servidores múltiplos


Tolerância a falhas

● Falhas de hardware e software (em CPUs e redes): programas param ou produzem resultados errados

● Abordagens:– Redundância de hardware (Ex: banco de

dados replicado em diversos servidores)– Recuperação por software: manter dados

permanentes sempre consistentes


Transparência

● Esconder do usuário e do programador de aplicações a separação de componenentes em um sistema distribuído, tal que este seja visto como um sistema centralizado

● Formas de transparência: acesso, localização, concorrência, replicação, falha, migração, desempenho e escala


Transparência de acesso

Operações de acesso a objetos deinformação são idênticas para objetoslocais e remotos

Exemplo:Operação de envio de uma mensagemeletrônica especificando o destinatárioatravés de seu endereço Internet


Transparência de localização

Acesso a um objeto ocorre sem que sejanecessário o conhecimento de sualocalização

Exemplo:Operação de envio de uma mensagemeletrônica especificando o destinatárioatravés de seu endereço Internet


Outras formas de transprência

● Concorrência: processos operam concorrentemente usando objetos de informação comuns sem interferência entre eles.

● Replicação: várias instâncias de um objeto de informação são usadas sem requerer o conhecimento das réplicas pelos usuários e aplicações.

● Falha: mascaramento de falhas de hardware e software.● Migração: movimento de objetos de informação dentro do

sistema não afeta a operação de usuários e aplicações.● Desempenho: reconfiguração do sistema para melhorar

desempenho conforme a carga varia.● Escala: o sistema e as aplicações podem expandir em escala

sem requerer modificações na estrutura do sistema ou nos algoritmos das aplicações.


Modelo Cliente-Servidor


Conceitos:

“É uma arquitetura onde o processamento da informação é dividido em módulos ou processos distintos. Um processo é

responsável pela manutenção da informação (Servidor), enquanto que outro é responsável pela obtenção dos dados

(Cliente)”. BATTISTI, (2001, pág. 38).


Estrutura Básica

Em uma rede de computadores existem uma ou mais máquinas que atuam como servidores, disponibilizando recursos para as demais máquinas, as quais atuam como clientes.

Cliente Servidor

REQUISITA

RESPONDEExecuta


Estrutura Básica

Temos servidores para arquivos, banco de dados, e outras funções, tais como: servidores de impressão, servidores web, etc.

Servidor de Arquivos

Banco de Dados

Outros Serviços

Clientes


ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR

Onde:

Servidores: são equipamentos com maior poder de processamento e armazenamento;

Clientes: geralmente microcomputadores PCs ligados em rede.


Principais características:

Cliente:Inicia e termina as conversações com os Servidores, solicitando serviços distribuídos; Não se comunica com outros Clientes; Normalmente responsável pela entrada e saída de dados e comunicação com o usuário; Torna a rede ‘transparente’ ao usuário; Hardware: pode ser um micro simples; Software: tem início e fim definido.



Principais características:

Servidor:• Execução contínua;• Recebe e responde a solicitações dos Clientes;• Não se comunica com outros Servidores;• Presta serviços distribuídos;• Atende a diversos Clientes simultaneamente;• Hardware; exige máquinas mais robustas, com grande capacidade de processamento;• Software: processo sempre em execução, aguardando ser chamado pelo Cliente.



Maiframes são computadores de grande porte que fazem processamento de dados de forma centralizada: modelo que até os anos 90 reinava absoluto.

Principais Desvantagens do modelo maiframe:

Serviços e recursos reduzidos; Centralização de dados e recursos de processamento; Inflexibilidade; Inversatibilidade; Custos elevados.


Aplicações em Duas Camadas:

Banco de Dados

Clientes


Aplicações em Duas Camadas:Foram utilizadas no início da implantação do modelo Cliente/ Servidor. Aqui, a aplicação Cliente responde pelas seguintes funções:.

Apresentação: O código que gera a interface visível do programa faz parte da aplicação Cliente. Todos os formulários, menus e demais elementos visuais nele estão contidos. Então uma alteração na interface do programa requer a geração de uma nova versão para todos os computadores;


Lógica do Negócio:

São as regras que definem como os dados serão acessados e processados. Toda a Lógica do Negócio fica no Cliente. Quando o programa Cliente é instalado, são instaladas todas as regras de acesso ao banco de dados.

É necessária uma nova versão do programa cada vez que alterações ocorrerem e as regras mudarem. Também é necessário que todos os computadores que estejam com a versão anterior recebam a nova, mesmo que sejam centenas ou milhares de hosts.


Aplicações em Três Camadas:

Servidor de Banco de Dados

Servidor de Aplicações

Clientes


Evolução:

Retira as Regras do Negócio do cliente e as centraliza em um determinado ponto, o qual é chamado de servidor de aplicações:



O acesso ao Banco de Dados é feito atravésdas regras contidas noServidor de Aplicações: facilidade de atualizaçãodas mesmas, pois estão centralizadas em um único ponto.


Características:

As Regras do Negócio (lógica) foram deslocadas para o Servidor de Aplicações, então ali será determinada a maneira como os dados serão utilizados..

Todo o acesso do cliente ao Banco de Dados é feito de acordo com as regras contidas no Servidor de Aplicações. Não é possível o acesso ao B. de Dados sem primeiramente passar pelo Servidor de Aplicações..

No Servidor de B. de Dados reside toda informação necessária para o funcionamento da aplicação.


Melhoramentos:

Atualização mais fácil das Regras do Negócio; Aumento da flexibilidade, conseqüentemente; Maior segurança e controle do acesso aos dados; Torna-se mais fácil manter a aplicação atualizada e garantir que todos os usuários terão acesso às alterações;

Falha:

Continua o problema de atualização da interface de aplicação, cada vez que sejam necessárias mudanças na interface. Porém, alterações nela são menos freqüentes do que as que ocorrem nas Regras do Negócio.


……….Aplicações em Quatro Camadas………

.Idéia básica:

Retirar a apresentação do cliente e centralizá-la em um determinado ponto, o qual na maioria dos casos é um

Servidor web.

Avanço:

O cliente deixa de existir como um programa que precisa ser instalado em cada micro. O acesso à aplicação é feito através de um navegador: Internet Explorer, Netscape Navigator


Aplicações em Quatro Camadas – Estrutura:



Servidor Web

Clientes


Esquema básico:•Cliente quer acessar a aplicação •acessa o endereço da mesma através do navegador•servidor de aplicações verifica se ao cliente é permitido o acesso •banco de dados liberado.

http://www.empresaxy.com/sistemas/rh.aspx

Servidor de Aplicações determina de que maneira os dados serão utilizados

Banco de dados: informações necessárias


4 Camadas

Cliente: Navegador; Apresentação: Servidor Web, onde serão feitas as alterações de interface; Lógica (Regras do Negócio): Servidor de Aplicações, onde serão feitas as alterações nas regras do negócio, quando necessárias; Dados: Servidor de Banco de Dados, com todas as informações necessárias.


Vantagens: Desvantagens:

• Serviços; Complexidade; • Recursos; Comunicação.• Protocolos;• Localização;• Descentralização;• Escalabilidade;• Integridade.


Exercícios de fixação

1. Defina com suas próprias palavras o que vem a ser um sistema distribuído.

2. Cite e explique rapidamente, trÊs fatores que contribuíram para a disseminação dos sistemas distribuídos

3. Cite três exemplos de sistemas distribuídos

4. Cite e explique três vantagens dos sistemas distrbuídos sobre os sistemas centralizados

5. Cite e explique duas desvantagens na adoção de sistemas distrbuídos

6. Estabeleça uma comparação entre sistemas operacionais de redes e sistemas distribuídos autênticos


Exercícios de fixação

7. Explique o que vem a ser sistemas timesharing para multiprocessadores

8. Cite e explique três características dos sistemas distrbuídos

9. Diferencie o que vem a ser extensibilidade de escalabilidade em relação a sistemas distrbuídos

10.Defina o que vem a ser um sistema cliente-servidor

11.Caracterize o cliente e o servidor

12.Defina e exemplifique o que vem a ser uma aplicação em duas camadas

13.Defina e exemplifique o que vem a ser uma aplicação em três camadas

14.Diferencie uma aplicação em três camadas de outra em quatro camadas


Trabalhos complementares para N 1 (peso 8,0)

1. Lista de exercícios de fixação (neste documento)

- Deverá ser resolvida individualmente, escrita a mão

- Poderá ser utilizada como fonte de consulta na N1

- Entrega na data da mesma (em formato .pdf)

- Valor: 0,5pto



2. Pesquisa: Aplicações distribuídas e TI Verde

- Atividade desenvolvida em grupos com até 5 integrantes



- Valor: 0,5pto



3. Pesquisa: Modelos de programação em SD

- Atividade desenvolvida em grupos com até 5 integrantes



- Valor: 1,0pto

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