Diseño de Sistemas Distribuidos Máster en Ciencia y Tecnología Informática Curso Presentación e introducción

Transcripción

1 Diseño de Sistemas Distribuidos Máster en Ciencia y Tecnología Informática Curso Presentación e introducción Félix García Carballeira Grupo de Aruitectura de Computadores felix.garcia@uc3m.es

2 Sistemas de memoria compartida Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 2

3 Memoria compartida vs memoria distribuida Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 3

4 Memoria compartida vs memoria distribuida Comunicación mediante memoria Sincronización mediante Locks Comunicación mediante paso de mensajes Sincronización mediante paso de mensajes Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 4

5 Tipos de sistemas informáticos Computer systems Single system Distributed systems (multiple systems) PC/work. SMP/MPP Vector Mainframe clusters Client/Server Cloud Grids Peer-to-peer centralized control and management decentralized Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 5

6 Sistema distribuido Sistema compuesto por recursos de computación físicamente distribuidos conectados a través de una red ue se comunican y coordinan entre sí Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 6

7 Computación distribuida Computación ue se realiza en un sistema distribuido procesos procesos servicios procesos Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 7

8 Definición de Leslie Lamport A distributed system is one in which the failure of a computer you didn t even know existed can render your own computer unusable Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 8

9 Mejoras en las tecnologías para SSDD Avance en los procesadores K. Hwang et al. Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 9

10 Mejoras en las tecnologías para SSDD Aruitecturas multicore y many-core K. Hwang et al. Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 10

11 Mejoras en las tecnologías para SSDD Mejoras en las memorias y tecnologías de almacenamiento K. Hwang et al. Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 11

12 Mejoras en las tecnologías para SSDD Mejoras en la tecnología de red Ley de Gilder El ancho de banda agregado se triplica cada año Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 12

13 Mejoras en las tecnologías para SSDD Virtualización Sistema tradicional virtualización Posibilidad de ejecutar en un computador (host) un programa ue crea un computador virtual (guest) sobre el ue ejecutar cualuier entorno. Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 13

14 Elementos de un sistema distribuido Programa: conjunto de instrucciones. Proceso: programa en ejecución. Datos manipulados por los programas Componente: elemento HW o SW ue soporta la ejecución del sistema Una red de computadores es un conjunto de computadores conectados por una red de interconexión. Un protocolo es un conjunto de reglas e instrucciones ue gobiernan la comunicación en un sistema distribuido, es decir, el intercambio de mensajes. Middleware: Software ue soporta la ejecución de aplicaciones distribuidas Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 14

15 Paso de mensajes Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 15

16 Características Múltiples componentes autónomos Ausencia de un reloj global Todos los recursos pueden no ser accesibles a la vez El software ejecuta en procesos concurrentes sobre máuinas diferentes Software más complejo Múltiples puntos de fallo Múltiples puntos de control Comunicación a través de redes Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 16

17 Ventajas ue pueden ofrecer los sistemas distribuidos Compartir recursos (HW, SW, datos). Ofrecen una buena relación coste/rendimiento Capacidad de crecimiento Tolerancia a fallos, disponibilidad, replicación Distribución de la carga Concurrencia. Servicio a múltiples usuarios Velocidad. Capacidad global de procesamiento disponible para ejecución paralela de una aplicación Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 17

18 Aspectos de diseño Heterogeneidad: contemplar diferentes HW, SW, lenguajes de programación, velocidad, Extensibilidad: abierto a nuevos estándares, aplicaciones, tecnologías. Escalabilidad: permitir el crecimiento del sistema Seguridad: confidencialidad, integridad, autenticación Tolerancia a fallos y disponibilidad: identificar y tratar los fallos Control de concurrencia: coordinar las acciones ue ocurren en diferentes sistemas. Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 18

19 Aspectos de diseño Puntos de control no únicos: funciones distribuidas en sistemas autónomos Sin una visión global: es imposible tener una visión precisa e instantánea del estado de todo el sistema Transparencia: visión de un sistema unico Asincronía: los mensajes tardan un tiempo (variable) en ser entregados Calidad de servicio: ofrecer garantias del servicio (velocidad, seguridad, disponibilidad,.) Algoritmos eficientes Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 19

20 Sistemas distribuidos y paralelos Sistemas distribuidos Objetivo: compartir recursos y colaborar. Redes de computadores Sistemas paralelos Objetivo: Alto rendimiento (HPC) Alta productividad (HTC) Máuinas paralelas (aruitecturas dedicadas) Multiprocesadores Multicomputadores Redes de estaciones de trabajo trabajando como un multicomputador (cluster) Grid Computing ( Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 20

21 Transparencia Heterogeneidad: acceso a recursos heterogéneos de forma idéntica Acceso: acceso a recursos locales y remotos de forma idéntica Ubicación: Acceso a recursos sin conocimiento de su posición física en la red Concurrencia: ejecución concurrente de procesos sin interferencias Replicación: uso de múltiples réplicas de recursos sin conocimiento de su existencia Fallos: permitir la ejecución aun en presencia de fallos Movilidad: permitir el movimiento de los recursos y clientes sin afectar a su funcionamiento Crecimiento: permitir la capacidad de crecimiento sin afectar al sistema y aplicaciones Rendimiento: rendimiento similar en recursos locales y remotos Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 21

22 Escalabilidad Un sistema distribuido es escalable si su capacidad de procesamiento puede crecer al añadir más usuarios Aumenta el rendimiento al aumentar el número de nodos El tiempo de respuesta no aumenta La fiabilidad no se degrada Dimensiones: Numérica: usuarios, objetos, servicios Geográfica: distancia Administrativa: número de organización involucradas Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 22

23 Técnicas de escalabilidad Replicación Datos: múltiples copias del mismo dato Procesos: múltiples ejecuciones de la misma computación Caching Consistencia Distribución Distribución de carga en múltiples nodos DNS, DHT Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 23

24 Control de concurrencia Un sistema distribuido es inherentemente concurrente Concurrencia: varias actividades se ejecutan simultáneamente Permite reducir el tiempo de ejecución de un problema La concurrencia introduce condiciones de carrera (los resultados dependen de la secuencia de eventos) Los recursos compartidos deben protegerse (cerrojos, semáforos, etc.) y asegurar: Exclusión mutua Progreso Espera acotada Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 24

25 Tolerancia a fallos Un sistema distribuido es inherentemente más propenso a errores Un sistema es tolerante a fallos si el sistema cumple sus especificaciones a pesar de la presencia de fallos Se debe asegurar: Disponibilidad: los recursos son disponibles a pesar de ue haya fallos. Atomicidad: la consistencia de los recursos se debe asegurar a pesar de fallos Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 25

26 Falacias de los sistemas distribuidos ing La red es fiable La latencia es cero El ancho de banda es infinito La red es segura La topología no cambia Hay un administrador El coste de transporte es cero La red es homogénea Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 26

27 El teorema CAP Brewer, PODC 2000 Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 27

28 Middelware Software ue soporta la ejecución de aplicaciones distribuidas Aplicaciones Lenguajes de programación Middleware Sistema operativo Hardware Sistema operativo Hardware Red de interconexión Artículo: Midleware for distributed systems Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 28

29 Funciones de un middleware Permite ue componentes, procesos o aplicaciones intercambien información Ocultar la distribución Ocultar la heterogeneidad de los componentes (HW, SW, datos, protocolos, lenguajes de programación, ) Ofrecer interfaces de alto nivel estándar y uniformes para el desarrollo de aplicaciones Ofrecer servicios comunes para facilitar la colaboración entre las aplicaciones Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 29

30 Contenido y normas Félix García Carballeira Sistemas Distribuidos ( ) 30