Sistemas Distribuidos. Introducción

Transcripción

1 Sistemas Distribuidos Introducción

2 Una pequeña reseña histórica En los 50s los usuarios tenían que reservar el tiempo de utilización de máquina. En los 60s surge el trabajo en batch (todos los trabajos son ejecutados secuencialmente) y los resultados son impresos en listados. En los 70s llega el trabajo compartido, es decir varios usuarios trabajan sobre la misma maquina de una manera transparente. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 2

3 Una pequeña reseña histórica En los 80s ocurren dos hechos importantes: Se hace disponible la tecnología de micro-procesadores (es decir aparecen las microcomputadoras) y, Los sistemas distribuidos desarrollan los sistemas de redes. Finalmente, durante los 90s ambos sistemas de comunicaciones y sistemas de computación hacen frente a las necesidades de procesamiento y distribución tanto de información como de procesamiento. Es aquí toma auge la algorítmica distribuida implementando soluciones distribuidas (algoritmos distribuidos) fiables y eficaces. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 3

4 Consecuencias de un Sistema Distribuido Facil y Económico poner a trabajar un conjunto de maquinas a trabajar para resolver un problema. Acelerar la velocidad de respuesta del sistema Necesidad de sincronizar el trabajo de cada componente del sistema Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 4

5 Definición de un sistema distribuido Deacuerdo a Michael D. Shroeder, un sistema distribuido es varias computadoras haciendo un trabajo en conjunto. Para Leslie Lamoprt, un sistema distribuido es un sistema en el cual el fallo de una computadora completamente desconocida puede inutilizar la nuestra. Mulender hace la definición siguiente: Un sistema distribuido es aquel que para de efectuar un trabajo cuando una maquina de la cual nunca hemos escuchado se descompone. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 5

6 Definición de Sistema Distribuido Componentes de Hardware y Software Unidos mediante una red Comunican y coordinan sus acciones mediante el paso de mensajes Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 6

7 Ventajas de los Sistemas Distribuidos Relativamente fácil y económico implementar un sistema compuesto de un conjunto de procesadores conectados por medio de una red, Varios procesadores trabajan más rápido que uno solo, Mejor adaptado a la organización de la sociedad humana, Fiabilidad o robustez, Extensibilidad. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 7

8 Ventajas de los Sistemas Distribuidos Disposición de información, Extensibilidad, Posibilidad de compartir recursos escasos, Buena relación costo y eficiencia, Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 8

9 Consecuencias de un sistema distribuido Concurrencia Yo puedo realizar mi trabajo en mi computadora mientras tu realizas en tu computadora La capacidad del sistema para manejar más recursos compartidos se puede incrementar añadiendo más computadoras Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 9

10 Problema y Desventaja de los SD Imposibilidad de tener un sistema de comunicaciones ideal con cero tiempo de retardo. Esto es lo que dificulta todos los problemas comunes de los sistemas distribuidos Robustez, interbolqueo, seguridad, etc. Imposible de establecer un estado global del sistema. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 10

11 Consecuencias de un sistema distribuido Inexistencia de un reloj global Hay Los Pero límites programas esta en depende la precisión coordinan de una con sus idea la cual acciones compartida las computadoras mediante del instante un sistema pueden en el de sincronizar que paso ocurren de su reloj No mensajes hay las acciones una noción global del tiempo correcto Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 11

12 Problema ejemplo Juan y Pedro están en dos cantinas, una enfrente de la otra Afuera hay un ratero que espera a que salga uno de los dos solos, pero si salen al mismo tiempo, no los asaltará Ellos saben de eso, pero la única forma en la que pueden comunicarse y ponerse de acuerdo es a través de mensajes en su celular Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 12

13 Qué sucede con los mensajes del celular? Pueden llegar casi inmediatamente Pueden retardarse El usuario destino no tiene recepción Tiene su teléfono apagado Falla en el sistema de comunicaciones Pueden perderse Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 13

14 Características de los SD Uso de un sistema de comunicación Ausencia de memoria común Sincronización del trabajo Imposibilidad de que un observador pueda determinar un estado global Comunicación a través de mensajes Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 14

15 Problemas a Considerar Fallas locales no deben impedir realizar el trabajo deseado Sistemas de comunicación no fiables es decir posibilidad de perdida duplicación o corrupcion de mensajes Comunicación Insegura lo que se traduce en la posibilidad de que un agente externo intecepte o afecte la información entre las entidades del sistema Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 15

16 Problemas a Considerar Costo de Comunicaciones implica reducción del ancho de banda, mayor latencia y altos costos de comunicación entre procesos independientes, Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 16

17 Interés en los Sistemas Distribuidos Están mejor adaptados a la organización de la sociedad moderna, La robustez, La eficiencia, La extensibilidad, Mejor utilización de recursos, Existe una relación costo eficiencia interesante. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 17

18 Áreas de aplicación de los sistemas Distribuidos Las telecomunicaciones, El procesamiento distribuido, En el calculo científico, En el procesamiento tiempo real. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 18

19 Categorías de Sistemas Distribuidos Redes de computadoras Computadoras multiprocesadores Procesos cooperantes Celdas de manufactura Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 19

20 Tipos de Redes WAN Las computadoras en una WAN pertenecen a diferentes propietarios La distancia entre nodos es superior a 10 Km, Un nodo es una red LAN Las computadoras en una LAN pertenecen a una sola organización La distancia entre nodos es inferior a los 10 Km, Un nodo es un una estación de trabajo, un servidor, una Pc, etc. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 20

21 Servidor de impresión y otros Una intranet típica. Servidor de correo Computadores de sobremesa Servidor Web Servidor de área local Servidor de correo Servidor de archivos Impresora Otros servidores El resto de Internet Encaminador/ cortafuegos Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 21

22 Una porción típica de Internet. ISP Intranet Conexión troncal Enlace por satélite Computador de sobremesa: Servidor: Enlace de red: Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 22

23 Dispositivos portátiles y de mano en un sistema distribuido. Internet Host de la intranet LAN inalámbrica Pasarela WAP Intranet de casa Impresora Cámara Télefono móvil Computado r portátil Lugar de hospedaje Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 23

24 Servidores web y visualizadores web. Servidores web Visualizadores web Internet Sistema de archivos de Protocolos Activity.html Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 24

25 Algoritmos Distribuidos y Redes Problemas (WAN) Confiabilidad Selección de rutas de comunicación Control de tráfico Prevención de cuellos de botella Seguridad Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 25

26 Algoritmos Distribuidos y Redes Problemas LAN Difusión y Sincronización Elección Detección de terminación Asignación de recursos Exclusión Mutua Interbloqueo Mantenimiento de archivos distribuidos Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 26

27 Computadora Multiprocesadores Características Computadora constituida de varios procesadores del mismo tipo dentro de un mismo espacio físico Pequeña escala geográfica Objetivo principal calculo masivo Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 27

28 Computadora Multiprocesadores Algoritmos Distribuidos Implementación de un protocolo de envío y recepcion de mensajes Implementación de memoria virtual compartida Balance de Carga Tolerancia a Fallas Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 28

29 Procesos Cooperantes Definición Un sistema cooperativo esta formado por un conjunto de agentes (computadoras) comunicantes que trabajan para lograr ya sea un objetivo global o un trabajo común. Un Sistema cooperativo distribuido es un sistema cooperativo cuyos componentes son paralelos o distribuidos. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 29

30 Procesos Cooperantes Problemas Exclusión Mutua Interbloqueo Sincronización Intercambio de información Asignación de recursos Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 30

31 Celdas de Manufactura Definición: Sistema constituidos de robots que realizan una actividad particular y que están conectados a través de un medio de comunicación para lograr un objetivo global común. Ejemplos: Línea de ensamble Control de sistemas industriales Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 31

32 Computación Móvil Definición: Un sistema móvil esta constituido por una Wireless LAN o WAN. Es decir por un conjunto de nodos comunicantes que no utilizan cables como medio comunicación. La comunicación se realiza por medio de ondas electromagnéticas que transportan los mensajes Los nodos se llaman desatados o tetherless computers Tanto las computadoras como las aplicaciones son móviles Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 32

33 Computación Móvil Definición Una computadora móvil posee el hardware y software que le permiten cambiar de lugar mientras ejecuta aplicaciónes distribuidas. Aplicación Móvil Es aquella que cuya ejecución es independiente de la localización y movilidad de su ejecutante. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 33

34 Computación Móvil Problemas Vinculados con los SD Rutéo Paginación Información de la ubicación de la unidad móvil Consistencia Seguridad Transferencia de llamadas Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 34

35 Sistemas Distribuidos Qué es lo que se Distribuye? Información Control. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 35

36 Distribución de Datos Posibilidades para efectuar la distribución Duplicación de informaciones Fragmentación de la información Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 36

37 Duplicación de la información Duplicar consiste en distribuir copias completas de la información Los problemas de la duplicación son: como asegurar la consistencia de la información. Asegurar una Distribución optima,etc.. Red Fig.. Duplicación de información Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 37

38 Fragmentación de la información La fragmentación consiste en dividir la información en segmentos más fáciles de manejar. Existen varios problemas que deben de ser resueltos. Por ejemplo: Fragmentación apro piada, localización de los fragmentos, etc.. Red Fig. Información fragmentada Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 38

39 Distribución del control En un sistema distribuido, no debe existir una sola entidad que dirija el sistema. Es decir no existe una jerarquía estática Puede ser necesario un algoritmo de asignación de funciones. En general, el control depende de la aplicación Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 39

40 Aplicación de Sistemas Distribuidos Los Sistemas Operativos En el procesamiento tiempo real. En el Diseño de Protocolos, En las Bases de Datos etc. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 40

41 Sistemas Operativos Un sistema operativo en red no es un Sistema Operativo Distribuido. La diferencia es la forma de ver y de administrar recursos locales y globales. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 41

42 Sistemas Operativos El diseño de un sistema operativo distribuido debe considerar el tipo de aplicación para el cual será utilizado por ejemplo aplicaciones tiempo real, procesamiento de información, etc Ejemplos de Sistemas Operativos Distribuidos: Amoeba, Accent, System V, Eden, Emerald, Mach,Locus Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 42

43 Diseño de protocolos Los protocolos son utilizados para la comunicación entre los nodos del SD. Un protocolo esta constituido por un conjunto de reglas y formatos utilizados en la comunicación (envío y recepción de mensajes). Ejemplos de protocolos son: Elección, de construcción de un árbol, de un interbloqueo, TCP, TCP/IP, UDP, etc. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 43

44 Manejadores de Bases de Datos Distribuidas El objetivo es administrar y controlar un conjunto de bases de datos posiblemente distribuidas geográficamente y que constituyen una sola entidad. Algunos de los problemas a resolver son: La administración de la coherencia de la información, Seguridad de la información, Atomicidad de las transacciones, etc. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 44

45 Problemas en los SD Tolerancia a fallas Confiabilidad Consistencia Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 45

46 Tolerancia a Fallas Esta característica de los sistemas distribuidos quiere decir el sistema distribuido debe ser vulnerable a la falla de algunos de sus elementos. El sistema debe seguir funcionando aunque sea con un menor desempeño. Debe contar con módulos para: Detección de errores Evaluación del daño Recuperación del daño Reparación y continuidad del servicio Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 46

47 Confiabilidad Se refiere a la manera en que los datos son transmitidos a través de las vías de comunicación. La confiabilidad debe tratar con la posibilidad de pérdida y modificación de los datos. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 47

48 Consistencia Diferentes procesos pueden accesar y actualizar los mismos datos concurrentemente. Aunque los cambios no son instantáneos cualquier par de procesos debe percibir el mismo estado de los datos Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 48

49 Consistencia Tipos de consistencia Consistencia de actualizaciones Consistencia de relojes Consistencia de respuestas Consistencia de fallas Consistencia del Cache Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 49

50 Algunos Conceptos Proceso Término introducido por Dijkstra en 68 para modelar las relaciones entre las diferentes unidades de ejecución que deben compartir recursos comunes. En los sistemas distribuidos un proceso representa la unidad de ejecución elemental de un algoritmo distribuido o paralelo. Varios procesos pueden ejecutarse simultáneamente. Se habla de procesos secuenciales cuando existe un solo flujo de control Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 50

51 Algunos Conceptos Las vias de comunicación son el medio a traves del cual viajan los mensajes. Las vías de comunicación tienen basicamente dos propiedades: Propiedades Estructurales Propiedades Comportamentales Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 51

52 Las Vias de Comunicación Propiedades Estructurales Se refiere a las mallas de comunicación. Todas las topologías son posibles Cada una tiene sus características que se reflejan en los algoritmos distribuidos que las resuelven. Las topologías más comunes El anillo, la estrella, el árbol y el gráfo completo Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 52

53 Las Vias de Comunicación Propiedades Comportamentales Se refieren al comportamiento de las vías de comunicación que queda especificado por: Transmisión con o sin duplicación Transmisión sin alteración de mensajes Orden de emisión y recepción de mensajes Tiempo de espera de un mensaje finito (sin perdida) Tiempo de espera acotado (con perdida o sin perdida). Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 53

54 Problemas a estudiar La repartición y distribución de recursos de calculo y de almacenamiento, La Exclusión Mutua, El Interbloqueo, etc. Sistemas Distribuidos ITESO-DESI 54