Sistemas de Operación II

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1 Sistemas de Operación II Procesos en Sistemas Distribuidos Prof. Carlos Figueira Basado en material de Yudith Cardinale, Mariela Curiel (USB) Andrew Tanembaum y Marteen van Steen

2 Contenido Clientes Servidores Anexo: Virtualización Prof. Carlos Figueira/USB 2

3 Cliente/Servidor Cuando la plataforma es una red de computadoras, las aplicaciones se distribuyen sobre la red para sacar partido del paralelismo Un modelo básico para estas plataformas es estructurar las aplicaciones en dos tipos de componentes: clientes y servidores. Los clientes hacen la parte de interacción con usuario o solicitante de servicio, el servidor se ocupa de la parte de procesamiento (más pesada) Prof. Carlos Figueira/USB 3

4 Protocolo TCP/IP Conjunto (pila) de protocolos que permiten la interconexión de máquinas en red Basado en dos protocolos: IP (Internetworking Protocol). Provee una abstracción de la ubicación. Cada máquina es identificada por una dirección única IP TCP (Transmission Control Protocol). Ofrece servicio de conexión proceso a proceso en máquinas diferentes, a través de la noción de puerto Una dirección es típicamente un par (IP, puerto TCP) Prof. Carlos Figueira/USB 4

5 Cliente/Servidor Cliente/Servidor con protocolos de interacción ad-hoc Prof. Carlos Figueira/USB 5

6 Cliente/Servidor Cliente/Servidor con protocolo de interacción genérico Prof. Carlos Figueira/USB 6

7 Clientes Pueden aportar o no algún nivel de procesamiento: Clientes específicos por cada servicio remoto pueden ocuparse de ciertas tareas (interpretación de la solicitud), y acceder al servidor remoto para completarla Clientes livianos. Sólo ofrecen la interfaz al usuario, todo el análisis y procesamiento (incluso el manejo de ventanas) se hace remotamente Ocultan al usuario ubicación de servidor, protocolos de interacción, si la consulta implica acceder a varios servidores, etc. Prof. Carlos Figueira/USB 7

8 Ej. Cliente oculta replicación Prof. Carlos Figueira/USB 8

9 Localización de servicio Prof. Carlos Figueira/USB 9

10 Servidores Un servidor es un proceso que implementa un servicio, a través de una dirección específica en la red Típicamente, el servidor se asigna a un puerto TCP en una máquina. El servicio se accede a través de IP/Puerto. Ej.: puerto 80 (http), correo (25) El cliente accede directamente si conoce la dirección. En ciertos casos, se puede utilizar servicios de localización adicionales. Ej: DNS Prof. Carlos Figueira/USB 10

11 Tipos de servidores Iterativos vs Concurrentes. Iterativos reciben, procesan y responden. Los concurrentes reciben la solicitud y la pasan a un hilo/proceso local que hace el procesamiento Con estado vs. Sin estado. Guarda información o no entre cada interacción con el cliente. Sin estado requiere que el cliente mantenga la información necesaria. Ej: interacción http Con estado. Ej: servidor de archivos. Prof. Carlos Figueira/USB 11

12 Tipos de servidores Cuáles son las ventajas y desventajas relativas de cada esquema? Iterativo Fallla servidor Falla cliente Desempeño Concurrente Con estado Sin estado Prof. Carlos Figueira/USB 12

13 Plataformas de servidores: cluster Colección de máquinas conectadas a través de una red (LAN), donde cada máquina ejecuta uno o más servidores de aplicación. La red tiene un gran ancho de banda y latencia muy pequeña. Organización típica: en tres capas. Variante: dos capas, donde cada servidor de aplicación tiene su BD o almacenamiento. Prof. Carlos Figueira/USB 13

14 Servidores en cluster de tres capas Prof. Carlos Figueira/USB 14

15 Clusters: transparencia Prof. Carlos Figueira/USB 15

16 Clusters: Distribución de tareas La mayoría de las implementaciones son servidores de dos niveles que ejecutan un único servicio. Objetivo principal: balancear la carga. El conmutador envía los requerimientos a los nodos sin importar el tipo de servicio o el contenido solicitado. Se asume que todos los nodos tienen igual capacidad de servir cualquier solicitud (granja de servidores). Una estrategia sencilla puede ser en alternancia cíclica (round-robin). Otras estrategias: nodos heterogéneos, aprovechar procesamientos anteriores (cache) Prof. Carlos Figueira/USB 16

17 Servidores Distribuidos Problema de un sólo servidor o cluster: Si el servidor falla, el cliente no puede acceder al servicio (Sistema Distribuido: conjunto de computadoras independientes que se muestran como un sistema único coherente.) Un servidor distribuido consiste en varios servidores que ofrecen el mismo servicio El hecho de que sean varios servidores es transparente al cliente, quien sólo conoce una dirección y puerto Prof. Carlos Figueira/USB 17

18 Técnicas para servidores distribuidos El servicio DNS (Domain Name System) puede devolver varias direcciones IP para un mismo nombre (ej: google.com). El software de red toma una de ellas Se utiliza propiedades del encaminamiento para ocultar dirección final. Si uno de los servidores falla, las solicitudes del cliente son encaminadas hacia otro servidor. Protocolo IP versión 6 provee soporte para movilidad (roaming). Un agente se encarga de reenvío a la dirección original (HoA) desde la asignada (CoA) Prof. Carlos Figueira/USB 18

19 Servidores distribuidos Prof. Carlos Figueira/USB 19

20 Anexo: Virtualización Prof. Carlos Figueira/USB 20

21 Virtualización Se origina en los 60 (p.e., IBM), cuando no había multiprogramación. El Hw ofrecía una máquina virtual (entorno SO/Hw) a cada aplicación, similar a la máquina original Los avances y abaratamiento del hardware, junto con la multiprogramación (a partir de los 70) desplazaron las máquinas virtuales por Hw. Prof. Carlos Figueira/USB 21

22 Virtualización (a) Organización general entre programa, interfaz y sistema (a) y en un sistema A virtual sobre un sistema B (b)

23 Virtualización El hw y sw de soporte (bajo nivel) cambian razonablemente rápido, las aplicaciones se hacen más estables. El software heredado (legacy) no se puede actualizar al mismo paso que las plataformas sobre las que se apoya. La virtualización puede ayudar a desarrollar interfaces heredadas en nuevas plataformas. Prof. Carlos Figueira/USB 23

24 Virtualización Desde los 90, Java hizo resurgir la virtualización, con la promesa de la portabilidad Los servidores deben manejar gran cantidad de aplicaciones diversas, cuya administración y funcionamiento se beneficia por la virtualización Prof. Carlos Figueira/USB 24

25 Aportes de la virtualización Reducir heterogeneidad, facilitando la portabilidad (p.e., Java) Al no tener las aplicaciones acceso directo al hw, pueden disminuir los problemas de seguridad Si falla una máquina virtual, las demás siguen funcionando (mejor disponibilidad) Prof. Carlos Figueira/USB 25

26 Abstracción Simplificar lo que está en niveles inferiores Ejemplos: SO abstrae a los programas del almacenamiento en disco (sectores, pistas, etc.) a través de los archivos El conjunto de instrucciones de una arquitectura (p.e., IA-32) ofrece a los compiladores/aplicaciones la misma interfaz aunque cambie el procesador Interfaz bien definida limita aplicaciones a esas arquitecturas, poco flexible para un mundo en red! Prof. Carlos Figueira/USB 26

27 Definición de virtualización Virtualizar un componente es establecer una correspondencia (map) entre su interfaz y recursos sobre otro(s) componente(s) posiblemente diferente(s) El sistema real aparece como un sistema virtual diferente o múltiples sistemas virtuales El objetivo de la virtualización no es ocultar detalles (como en la abstracción) Prof. Carlos Figueira/USB 27

28 Interfaces/abstracciones ofrecidas por un SO Prof. Carlos Figueira/USB 28

29 Tipos de máquina virtual Para un proceso usuario, la máquina es: espacio de direcciones asignado, sus instrucciones y los registros. La E/S sólo es accesible a través de la Interfaz binaria de aplicación (IBA), la cual define la vista de los dispositivos reales Desde la perspectiva del SO, todo el sistema se ejecuta en la máquina que define el conjunto de instrucciones de esa máquina Prof. Carlos Figueira/USB 29

30 Tipos de máquina virtual Máquinas virtuales de proceso (perspectiva de un proceso) Es una plataforma que ejecuta un proceso. Nace y muere con la creación/terminación de un proceso Máquinas virtuales de sistema. Ofrecen un ambiente persistente que soporta ejecución de SO y de los procesos Prof. Carlos Figueira/USB 30

31 Terminología El proceso que se ejecuta sobre una máquina virtual es el invitado La plataforma sobre la que se ejecuta la máquina virtual es el anfitrión El software que implementa una máquina virtual de proceso es el soporte de tiempo de ejecución (runtime) El sw de virtualización se denomina monitor de la máquina virtual (VMM). Ej: VMWare, XEN Prof. Carlos Figueira/USB 31

32 Arquitecturas de Máquinas Virtuales Máquina virtual de procesos, con múltiples instancias de (aplicación, soporte ejecución) Prof. Carlos Figueira/USB 32

33 Arquitecturas de Máquinas Virtuales Monitor de máquina virtual con múltiples instancias de (aplicaciones, SO) Prof. Carlos Figueira/USB 33

34 Máquinas virtuales de proceso Sistemas multiprogramados. Visión de una máquina presentada a la aplicación (proceso) por el conjunto de Instrucciones de la arquitectura Emuladores y traductores binarios dinámicos. Permiten ejecutar un código que fue compilado para otra arquitectura MV de lenguajes de alto nivel. La MV se porta (implementa) a cada plataforma. Ej.: JVM Prof. Carlos Figueira/USB 34

35 MV de sistemas Proporcionan ambiente completo que permite múltiples SO y procesos. Implementación clásica: VMM encima del hw, el resto sobre él. Es el único que se ejecuta con privilegios altos; toma el control cuando SO invitado manipula recursos críticos Provee visión uniforme del hw. p.e., un Sist. Distr. Podría verse como un conjunto de recursos que prestan servicios Prof. Carlos Figueira/USB 35

36 Implementación de MV de sistemas MV Alojadas. Sw de virtualización sobre el SO. Se instala como una aplicación más del SO. Confía en SO subyacente para servir acceso a dispositivos. Ej.: VMWare MV sistema completo. Se emula el hw (ISA) + SO. Ejemplo: un sistema Windows sobre MacOS Prof. Carlos Figueira/USB 36

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