2012-2013_9-Paradigmas_AD

Fonte da imagem: http://www.dsn.jhu.edu

9. Paradigmas de sistemas distribuídos

Fernando Ramos [email protected]

Departamento de Informática Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

http://www.dsn.jhu.edu/�

mailto:[email protected]�

© 2012 Fernando Ramos, Henrique Moniz, Alysson Bessani. Reprodução proibida sem autorização prévia

Programa da disciplina Introdução aos sistemas distribuídos Arquitecturas de sistemas distribuídos Processos Comunicação Gestão de nomes Sincronização Consistência e replicação Tolerância a faltas Paradigmas de sistemas distribuídos Estudo de caso:


Revisitando o programa

Introdução aos sistemas distribuídos – Definição, motivação, desafios, tendências – Tipos de sistemas distribuídos

Arquitecturas de sistemas distribuídos Processos

– Threads – Virtualização

Comunicação – Remote Procedure Calls (RPC) – Comunicação indireta e streams

Gestão de nomes Sincronização

– Relógios físicos e lógicos – Exclusão mútua – Algoritmos de eleição de líder

Consistência e replicação – Modelos de consistência – Gestão de réplicas – Protocolos de consistência

Tolerância a faltas – Processos – Grupos – Transações e checkpoints

Paradigmas de sistemas distribuídos – Sistemas distribuídos Web-based

Estudo de caso:

Princípios Paradigmas


Plano da aula Paradigma: sistemas Web distribuídos

– Introdução – Arquitectura – Processos – Comunicação – Gestão de nomes – Sincronização – Consistência e replicação – Tolerância a faltas


Bibliografia

[Tanenbaum2007], Capítulo 12

NOTA Os acetatos que se seguem não substituem a bibliografia aqui referida, e deverão por isso ser vistos apenas como um complemento para o estudo da matéria.


Plano da aula Paradigma: sistemas distribuídos Web-based



World Wide Web

Criada por Tim Berners-Lee no CERN de Genebra [Berners-Lee1994]

– Objectivo: partilha de documentos Desde 1994 mantida pelo World Wide Web

Consortium (W3C) – Estandardização da WWW

Actualmente, a Web não é apenas usada para partilha de documentos, mas também para aceder e partilhar serviços e aplicações

Fonte: http://www.opte.org/

Fonte : http://galeriacores.blogspot.com

http://www.opte.org/�

http://galeriacores.blogspot.com/�


Arquitetura de um sistema Web tradicional

Uma simples arquitetura cliente-servidor

Fonte: [Tanenbaum2007]


Arquitectura em 3 níveis

Um problema fundamental da Web é a sua arquitectura base ser estática – Acedemos e modificamos documentos (ficheiros)

Para resolver este problema foram criadas várias extensões, sendo a mais popular o CGI (Common Gateway Interface)

– Ideia fundamental: servidor delega a geração da resposta a um programa externo O uso de CGIs permite gerar páginas dinamicamente a partir dos dados enviados pelo

cliente (usualmente recolhidos em formulários) e bases de dados – Arquitectura em 3 níveis: servidor Web, servidor da aplicação, base de dados



Scripts embutidos

Um abordagem mais moderna que o CGI é o uso de scripts embutidos no servidor – Neste modelo, o documento é interpretado pelo servidor e qualquer script embutido

é executado, gerando conteúdo adicional a ser incluído no documento – Alguns exemplos de tecnologias deste tipo: JSP, ASP.Net, PHP

<html> <head> <title>Hello JSP</title> </head> <body> <% //aqui posso meter código Java out.println("Hello World!"); %> </body> </html>

<html> <head> <title>Hello JSP</title> </head> <body> Hello World! </body> </html>

Após execução

JSP (JavaServer Pages)


Web Services

Originalmente, os clientes Web eram sempre os browsers Web (utilizadores), mas hoje em dia, isso já não é verdade devido ao surgimento dos Web Services (WS)

Um WS é um serviço disponibilizado através da Internet – Isto é, obedecendo aos standards Web

Ideia base – Uma aplicação no cliente faz uso de um serviço oferecido por uma aplicação no servidor

Alguns standards fundamentais: WSDL: linguagem de descrição dos Web Services UDDI: serviço de directoria e nomes onde se armazenam endereços de Web Services SOAP: sintaxe de protocolo centrada em XML



Clientes Web

Os principais clientes Web são os navegadores (browsers) – Apresentam os documentos para o utilizador – Correm linguagens de scripts como Javascript – Podem ser estendidos através de plugins (e.g., pdf, flash, Java)

Outro tipo de cliente Web são os proxies: servidores que também são clientes

Cache



Servidores Web

Servidor (teoricamente) muito simples que concretiza os métodos HTTP para manipulação de documentos

Servidor Web Apache (http://httpd.apache.org) – Usado em mais de 70% dos sites na Internet – Altamente configurável e extensível

http://httpd.apache.org/�


Clusters de servidores Web

Tendo em vista que um servidor Web pode ser acedido por muitos clientes ao mesmo tempo, uma forma de aumentar a escalabilidade do serviço é replicar os servidores e realizar balanceamento de carga – A arquitectura geral requer um front end que receba e distribua os pedidos – Um problema que pode surgir é o front end se tornar um bottleneck



Balanceamento de carga num cluster

Distribuição de pedidos de acordo com seu conteúdo

DNS round-robin: um domínio é associado a múltiplos endereços IP, que são retornados pelo DNS seguindo a política round-robin

Pedidos enviados a todos os servidores (numa LAN), e eles decidem (de forma descentralizada), quem vai atender o pedido

Envia pedidos de ligação ao distribuidor

Associa um servidor a uma ligação.

Decide que servidor atende a nova ligação.



Protocolos de comunicação

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) para sistemas tradicionais; SOAP para Web services. HTTP

– Protocolo ao nível da aplicação (corre sobre TCP), stateless, do tipo cliente-servidor » Métodos suportados: GET, POST, PUT, HEAD, DELETE

– HTTP 1.0: cada operação exigia uma ligação TCP (figura (a)) – A partir do HTTP 1.1: por questões de eficiência, utilizam-se ligações persistentes (figura

(b)), usadas para executar várias operações.



Nomes na Web

URI: Unified Resource Identifier – String que identifica recurso na Internet

Dois tipos de URI: – URN (UR Name): nome global

independente de localização » O nome » Exemplo de URN: urn:isbn:0-486-27557-4

– URL (UR Location): nome inclui localização

» A “morada”

O formato de uma URI é definido

pelo seu esquema



Sincronização

Até agora a sincronização tem sido um tópico pouco relevante em sistemas Web-based – Modelo cliente-servidor rígido (não há comunicação cliente-cliente ou

servidor-servidor) – Sistema read-mostly

» Updates raramente introduzem conflitos

Mas as coisas parecem estar a mudar – Exemplo: documentos Web colaborativos

» WebDAV: protocolo que oferece mecanismos de sincronização de documentos (como locks)


Replicação na Web: caches e proxies O bom funcionamento da Web depende, em certa medida, da replicação de conteúdo

em caches distribuídos pela Internet – Razões de performance e disponibilidade

Duas formas básicas de caches na Web: – Cache dos browsers: documentos acedidos são armazenados localmente – Proxies de rede: servidores especializados que armazenam os conteúdos acedidos

por utilizadores duma determinada organização » A sua organização pode ser hierárquica ou cooperativa

Exemplo de proxies cooperativos



Consistência da cache

Como manter a cache (no browser ou no proxy) consistente? – Mesmo que o proxy tenha um documento requisitado em cache, ele envia

uma mensagem HTTP get ao servidor do documento com o cabeçalho If-Modified-Since especificando o instante de tempo em que o documento foi recebido e armazenado em cache

» Se o servidor modificou o documento envia a nova versão » Caso contrário, o proxy retorna o documento em cache

– Esta estratégia garante sempre consistência, mas é ineficiente…

Estratégia mais eficiente envolve o uso de leasing (tempo de expiração) – Cada documento tem um tempo de expiração T. Se surge um pedido antes

de T (período de leasing), assume-se que o documento em cache é válido. Se surgir depois, contacta-se o servidor.

» T depende da taxa de actualizações do documento – Problema: menor consistência.


CDNs: redes de distribuição de conteúdos Sistemas mais avançados utilizam redes overlay de distribuição de conteúdos

– Os conteúdos são replicados para servidores mais próximos dos clientes – Melhor performance devido à menor latência de acesso aos documentos (estão

mais próximos) e devido à menor carga do servidor fonte CDN com mais sucesso: Akamai

– 95000 servidores em 71 países [Akamai2011] – Alguns dos seus clientes: Facebook, Twitter, Amazon, Netflix, Yahoo!



Mecanismos de tolerância a faltas

Há poucos mecanismos de tolerância a faltas – Por exemplo, o HTTP não introduz mecanismos de tolerância a faltas ou de

recuperação

Principais mecanismos usados: – Caching do lado do cliente – Replicação de servidores

Estes funcionam bem no caso de conteúdo estático mas com Web services a

situação torna-se mais complexa


Sumário

Muito provavelmente o sucesso da Internet deve-se aos sistemas distribuídos Web-based.

Modelo cliente-servidor simples para partilha de documentos hiperligados foi uma das razões do seu sucesso – Mas o paradigma está a mudar com os Web services…

Resumo em 7 linhas: – Arquitectura: cliente-servidor – Processos: cliente = browser ou proxy; (clusters de) servidor(es) = Apache – Comunicação: HTTP (serviços tradicionais) e SOAP (Web services) – Nomes: URI – Sincronização: em vias de se tornar importante (e.g., WebDAV) – Consistência e replicação: caches, proxies e CDNs. – Tolerância a faltas: caching no lado do cliente e replicação de servidores


Referências

[Tanenbaum2007] – Andrew Tanenbaum and Maarten van Steen, Distributed Systems:

Principles and Paradigms, 2nd Edition. Prentice Hall, 2007

[Berners-Lee1994] – Tim Berners-Lee et al, “The World Wide Web,”, Communications of the

ACM, August, 1994.

[Akamai2011] – http://www.akamai.com/html/about/facts_figures.html

» [acedido em 07/12/2011]

http://www.akamai.com/html/about/facts_figures.html�

2012-2013_9-Paradigmas_AD

Documents

Transcript of 2012-2013_9-Paradigmas_AD