Sistemas Distribuídos

Assunto

1. Arquiteturas

   • Sistemas distribuidos são muito complexos, para controlar sua complexidade é necessário organizá-los adequadamente.
   • Arquitetura de Software é a forma como organizamos os componentes de software de um sistema e como eles devem interagir.
   • A especificação final da arquitetura de software é (também) denominada arquitetura de sistema.
   • Uma meta importante de sistemas distribuídos é separar aplicações das plataformas subjacentes provendo uma camada de middleware.
   • Sistemas autonômicos são sistemas que tomam providências adequadas em relação a eventos que o próprio sistema monitorou e identificou.

   1. Estilos arquitetônicos
      • Estilo arquitetônico: formulado em termos de como os componentes estão conectados, como se comunicam, e como são configurados para formar um sistema.
        • Arquitetura em Camadas
        • Arquitetura baseada em objetos
        • Arquitetura centrada em dados
        • Arquitetura baseada em eventos
      • Componente: unidade modular com interfaces requeridas e fornecidas bem definidas que é substituível dentro do seu ambiente.
      • Conector: Pode ser formado por facilidades para chamadas de procedimento remotas, passagem de mensagem ou fluxo de dados.
      • Arquitetura em Camadas: Um componente da camada $L_{i}$ pode chamar um componente da camada $L_{i-1}$, mas não o contrário. Requisições descem na hierarquia, enquanto resultados sobem.
      • Arquitetura baseada em Objetos: componentes são vistos como objetos e conectados por meio de chamada remota de procedimentos
      • Arquitetura centrada em Dados: processos se comunicam por meio de um repositório comum (passivo ou ativo) de dados.
      • Arquitetura baseada em eventos: em geral sistemas baseados em “publish/subscribe” com controle de notificações efetuado pelo middleware.
        • Arquiteturas baseada em eventos podem ser combinadas com arquiteturas centrada em dados, criando componentes desacoplados no tempo.
   2. Arquiteturas de Sistemas
      • Arquiteturas centralizadas (ex.: cliente-servidor)

        Operações idempotentes: quando aplicadas múltiplas vezes, deixam o sistema, sempre, no mesmo estado.

        • Muitas vezes utilizam protocolos de conexão confiáveis.
        • Camadas de Aplicação
          1. Nível de interface de usuário
          2. Nivel de processamento (Regras de Negócio)
          3. Nivel de dados
        • Mesmo com várias camadas, em geral, apenas duas máquinas são utilizadas, um cliente e um servidor.
        • Arquiteturas multidivididas: um servidor pode atuar com cliente de outro servidor (ex.: servidor de aplicação e de banco de dados)
        • Provê distribuição vertical.
        • Componentes logicamente diferentes em camadas diferentes.
      • Arquiteturas descentralizadas (ex.: peer-to-peer)
        • Provê distribuição horizontal.
        • Um cliente ou servidor pode ser fisicamente subdividido em partes logicamente equivalentes, mas cada parte opera em sua própria porção do conjunto completo de dados, equilibrando a carga.
        • Os processos em um sistema peer-to_peer são todos iguais.
        • Arquiteturas peer-to-peer estruturadas
          • Distrubuted Hash Table (DHT): os itens de dados recebem uma chave e a cada nó é associado um grupo de chaves.
          • Content Addressable Network (CAN): o espaço de dados é dividido de forma semelhante à uma kD-tree de duas dimensões.
        • Arquiteturas peer-to-peer não-estruturadas:
          • A rede é um grafo aleatório.
          • Cada nó conhece alguns vizinhos e tem apenas uma visão parcial da rede.
          • Superpares: Nós com conhecimento de um índice de itens de dados. Cria uma rede hierárquica. Ex. Content Delivery Network (CDN)
        • Arquiteturas Híbridas
          • Edge Server: servidores são colocados na borda da rede (fronteira entre a rede corporativa e a Internet).
          • Sistemas colaborativos: inicia como cliente-servidor (startup) e o nó entra no sistema descentralizado de colaboração. Ex.: BitTorrent
2. Processos
   1. Threads
      • Paralelismo intra-nó.
      • Um processo no sistema operacional tem, pelo menos, uma thread.
      • Threads são como processos leves, reduzindo o custo de troca de contexto.
      • Comunicação entre threads vs. Comunicação entre processos
      • Acesso a dados compartilhados: mutex vs. semáforos

Questões

1. Arquiteturas
   1. Se um cliente e um servidor forem colocados longe um do outro, podemos ver a latência de rede dominar o desempenho global. Como podemos atacar esse problema?
   2. Qual é a diferença entre uma distribuição vertical e uma distribuição horizontal?
2. Processos
   1. Escreva um artigo de, no máximo 1 página, comparando processos, threads de sistema e threads de usuário.
3. Projeto:

   Implementar um chat multi-usuário utilizando uma arquitetura distribuída, utilizando threads tanto do lado do cliente como do lado do servidor.

Recursos para essa aula

Código

• Cliente rudimentar de chat em Python
• Servidor rudimentar de chat em Python