11 Tipos de sistemas distribuidos
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14, 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos y Tarea 04 1 Prof. Edgardo Adrián Franco Martínez http://computacion.cs.cinvestav.mx/~efranco efranco.docencia@gmail.com Estructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco) • • • • • • • Introducción Ventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida Reto al diseñar un sistema distribuido Arquitecturas multiprocesador Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas de objetos distribuidos Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Contenido Contenido • CORBA • Computación distribuida interorganizacional • Arquitecturas peer-to-peer • Arquitecturas de sistemas orientados a servicios • Tarea 04 2 • Prácticamente todos los grandes sistemas informáticos son en la actualidad sistemas distribuidos. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Introducción Introducción 3 • Compartición de recursos • Apertura • Concurrencia • Escalabilidad • Tolerancia a defectos Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 4 • Compartición de recursos • Un sistema distribuido permite compartir recursos hardware y software – como discos, impresoras, archivos, compiladores, etc. – que se asocian con computadoras de una red. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 5 • Apertura • Los sistemas distribuidos son normalmente sistemas abiertos, lo que significa que se diseñan sobre protocolos estándar que permiten combinar equipamiento y software de diferentes vendedores. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 6 • Concurrencia • En un sistema distribuido, varios procesos pueden operar al mismo tiempo sobre diferentes computadoras de la red. Estos procesos pueden comunicarse con otros durante su funcionamiento normal. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 7 • Escalabilidad • Los sistemas distribuidos deberán de ser escalables en tanto que la capacidad del sistema puede incrementarse añadiendo nuevos recursos para cubrir nuevas demandas sobre el sistema. • *Mantener un costo constante y manejable por cada recurso que se agregue. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 8 • Tolerancia a defectos • La disponibilidad de varias computadoras y el potencial para reproducir información significa que los sistemas distribuidos pueden ser tolerantes a algunos fallos de funcionamiento del hardware y del software. • La mayoría de los sistemas distribuidos pueden proporcionar servicios aún y cuando ocurren fallas de funcionamiento (puede degradarse el servicio); una completa perdida de servicio solo ocurre cuando existe un fallo de funcionamiento en la red. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 9 • Para sistemas organizacionales a gran escala, estas ventajas han remplazado a ampliamente a las alcanzadas por los sistemas heredados centralizados de los años 80's y 90's. • Sin embargo, comparados con los sistemas que se ejecutan en un solo procesador o cluster de procesadores, los sistemas distribuidos tienen desventajas muy marcadas. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Ventajas del uso de una aproximación distribuida Ventajas del uso de una aproximación distribuida 10 • Complejidad • Seguridad • Manejabilidad • Impredecibilidad Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Desventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida 11 • Complejidad • Los sistemas distribuidos son mucho más complejos que los sistemas centralizados. Esto hace más difícil de comprender sus propiedades emergentes y la prueba de estos sistemas. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Desventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida • El rendimiento lo puede dar el nodo o la velocidad de la red, la ubicación de los recursos, la distribución de los nodos, etc. 12 • Seguridad • Puede accederse al sistema desde varias computadoras diferentes, y el trafico en la red puede estar sujeto a situaciones indeseadas. Esto hace más difícil el asegurar que la integridad de los datos en el sistema se mantenga y que los servicios del sistema no se degraden por ataques de denegación de servicio. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Desventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida 13 • Manejabilidad • Las computadoras en un sistema pueden ser de diferentes tipos y pueden ejecutar versiones diferentes de sistemas operativos. Los defectos en una maquina pueden propagarse a otras máquinas con consecuencias inesperadas. Esto significa que se requiere más esfuerzo para gestionar y mantener el funcionamiento del sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Desventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida 14 • Impredecibilidad • Los sistemas distribuidos tienen una respuesta impredecible (E.g. la WWW). La respuesta depende de la carga total en el sistema, de su organización y de la carga de la red. Como todos ellos pueden cambiar con mucha rapidez, el tiempo requerido para responder a una petición de usuario puede variar drásticamente de una petición a otra. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Desventajas del uso de una aproximación distribuida Desventajas del uso de una aproximación distribuida 15 • El reto para el diseño de un sistema distribuido es proporcionar características deseables a los sistemas distribuidos y, al mismo tiempo, minimizar los problemas inherentes a estos sistemas. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Reto al diseñar un sistema distribuido Reto al diseñar un sistema distribuido • Para ello es necesario conocer las ventajas y desventajas de las diferentes arquitecturas de sistemas distribuidos. 16 • El modelo más simple de un sistema multiprocesador en el que el sistema software esta formado por varios proceso que pueden (aunque no necesariamente) ejecutarse sobre procesadores diferentes. Este modelo es común en sistemas de tiempo real o sistemas distribuidos masivos. • Los procesos relacionados con la recopilación de información, toma de decisiones y control de actuadores podrían ejecutarse en un solo procesador bajo el control de un planificador (scheduler). Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Reto al diseñar un sistema distribuido Arquitecturas multiprocesador 17 • El uso de múltiples procesadores mejora el rendimiento y adaptabilidad del sistema. La distribución de procesos entre los procesadores puede ser predeterminada por un despachador (dispatcher) que decide que procesos se asignan a cada procesador. Sistema multiprocesador de control de trafico Cámaras y sensores de flujo de tráfico Procesador de sensores Procesador de flujo de trafico Procesador de control de semáforos Proceso de control de sensores Proceso de vizualizado Proceso de control de luces Consolas de los operadores Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Reto al diseñar un sistema distribuido Arquitecturas multiprocesador 18 Semáforos • En una arquitectura cliente-servidor, una aplicación se modela como un conjunto de servicios proporcionados por los servidores y un conjunto de clientes que usan estos servicios. • Los clientes necesitan conocer qué servidores están disponibles, pero normalmente no conocen la existencia de otros clientes. Clientes y servidores son procesos diferentes. • Varios procesos servidores pueden ejecutarse en un procesador, por lo que no existe una correspondencia 1:1 entre procesos y procesadores. en el sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 19 Un sistema cliente –servidor c1 c1 c1 c1 Proceso servidor c12 s1 c11 Proceso cliente s4 Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor c6 c10 c7 c9 s2 s3 20 c8 • El diseño de sistemas cliente-servidor debería reflejar la estructura lógica de la aplicación que se esta desarrollando. • Por ello generalmente se debe de organizar en tres capas. Capa de presentación Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor Capa de procesamiento de la aplicación 21 Capa de gestión de datos • La capa de presentación está relacionada con la presentación de la información al usuario y con toda la interacción con él. • La capa de procesamiento de la aplicación está relacionada con la implementación de la lógica de la aplicación. • La capa de gestión de datos está relacionada con todas las operaciones sobre la base de datos. • En los sistemas centralizados, estas capas no es necesario que estén claramente separadas Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 22 • Sin embargo a la hora del diseño debe hacerse una distinción entre ellas, de forma que sea posible distribuir cada capa sobre una computadora diferente. • La arquitectura cliente servidor más simple se denomina arquitectura cliente-servidor de dos capas, en la que una aplicación se organiza como un servidor (o múltiples servidores) y un conjunto de clientes. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 23 • Arquitecturas cliente-servidor de dos capas: 1. Modelo de cliente ligero (thin-client): En un modelo de cliente ligero, todo el procesamiento de las aplicaciones y la gestión de los datos se lleva a cabo en el servidor. El cliente simplemente es responsable de la capa de presentación del software. 2. Modelo de cliente rico o pesado (fat-client): En este modelo, el servidor solamente es responsable de la gestión de los datos. El software del cliente implementa la lógica de la aplicación y las interacciones con el usuario del sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 24 Presentación Modelo de cliente ligero Modelo de cliente pesado Cliente Cliente Presentación Procesamiento de la aplicación Servidor Gestión de datos Procesamiento de la aplicación Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor Servidor Gestión de datos 25 • Una arquitectura de dos capas con clientes ligeros, es la aproximación más simple en los sistemas centralizados. • Una desventaja del modelo de cliente ligero es que ubica una elevada carga de procesamiento tanto en el servidor como en la red. El servidor es responsable de todos los cálculos, además de que se debería de aprovechar que los dispositivos de computación modernos disponen de una gran cantidad de potencia de procesamiento. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 26 • El modelo cliente-servidor de dos capas de cliente pesado, hace uso de esa potencia de procesamiento disponible y distribuye tanto el procesamiento de la lógica de la aplicación como la presentación al cliente. • El servidor es esencialmente un servidor de transacciones que gestiona todas las transacciones con la base de datos. • Un ejemplo de este tipo de arquitectura es la de los sistemas bancarios ATM. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 27 • Un sistema ATM cliente-servidor ATM Servidor de cuentas Monitor de teleprocesa miento ATM Base de datos de cuentas de clientes Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor ATM 28 ATM • Aunque el modelo de pesado distribuye el procesamiento de forma más efectiva que un modelo de cliente ligero, la gestión del sistema es más compleja. • Cuando la aplicación software tiene que ser modificada, se debe de realizar la reinstalación en cada computadora cliente. (Alto costo si hay cientos de clientes en el sistema) • La aparición de código móvil (applets de Java y los controles Active X), ha permitido el desarrollo de sistemas cliente-servidor que son algo intermedio entre los modelos de cliente ligero y pesado. Parte del procesamiento se realiza del lado servidor y parte del lado cliente. La interfaz de usuario se crea usando un navegador web que permite ejecutar el código descargado. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 29 • Aunque el modelo de pesado distribuye el procesamiento de forma más efectiva que un modelo de cliente ligero, la gestión del sistema es más compleja. • Cuando la aplicación software tiene que ser modificada, se debe de realizar la reinstalación en cada computadora cliente. (Alto costo si hay cientos de clientes en el sistema) • La aparición de código móvil (applets de Java y los controles Active X), ha permitido el desarrollo de sistemas cliente-servidor que son algo intermedio entre los modelos de cliente ligero y pesado. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 30 • El problema con una aproximación cliente-servidor de dos capas es que las tres capas lógicas (presentación, procesamiento de la aplicación y gestión de los datos) debe de asociarse con el cliente y el servidor, por lo que esto puede acarrear problemas de escalabilidad y rendimiento (cliente ligero) o problemas de gestión (cliente pesado). • Para evitar estos problemas, una aproximación alternativa es usar una arquitectura cliente-servidor de tres capas. En esta arquitectura, la presentación, el procesamiento de la aplicación y la gestión de los datos son procesos lógicamente separados que se ejecutan sobre procesos diferentes. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 31 Arquitectura cliente-servidor de tres capas Presentación Cliente Servidor Servidor Procesamiento de la aplicación Gestión de los datos Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 32 • Un ejemplo de una arquitectura de tres capas es un sistema bancario por internet. • La base de datos de clientes (usualmente ubicada sobre un mainframe) proporciona servicios de gestión de datos; un servidor web proporciona los servicios de aplicación tales como facilidades para transferir efectivo, generar estados de cuenta, pagar facturas, etc.; la propia computadora del usuario con un navegador de internet es el cliente. • El sistema es escalable debido a que es mas sencillo agregar servidores web a la medida que crece el sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 33 La arquitectura de distribución de un sistema bancario en Internet Interacción HTTP Cliente Cliente Cliente Servidor Web Provisión del servicio de cuentas SQL query Servidor de bases de datos SQL Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor Base de datos de cuentas de clientes 34 Arquitectur a Aplicaciones Arquitectura C/S de dos capas con clientes ligeros Aplicaciones de sistemas heredados en donde no es práctico separar el procesamiento de la aplicación y la gestión de los datos. Aplicaciones que requieren cálculos intensivos tales como compiladores con poca o ninguna gestión de datos. Aplicaciones que requieran manejar una gran cantidad de datos (navegar y consultar) con poco o ningún procesamiento de la aplicación. Arquitectura C/S de dos capas con clientes pesados Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor Aplicaciones en donde el procesamiento de la aplicación se proporciona por software comercial (E.g. Ofimatica) sobre el cliente. Aplicaciones que requieren un procesamiento de datos computacionalmente intensivo (E.g. Visualización de datos). Aplicaciones con una funcionalidad para el usuario final relativamente estable usada en un entorno de gestión del sistema bien establecido. 35 Arquitectura Aplicaciones Arquitectura C/S Aplicaciones a gran escala con cientos o miles de clientes de tres capas o Aplicaciones en donde tanto los datos como la aplicación son multicapa volátiles Aplicaciones en donde se integran datos de múltiples fuentes. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 36 • En el modelo cliente-servidor de un sistema distribuido, los clientes y los servidores son diferentes. Los clientes reciben servicios de los servidores y no de otros clientes; los servidores pueden actuar como clientes recibiendo servicios de otros servidores, pero sin solicitar servicios de clientes; los clientes deben conocer los servicios que ofrece cada uno de los servidores y deben conocer cómo contactar cada uno de estos servidores. • Este modelo funciona bien para muchos tipos de aplicaciones. Sin embargo, limita la flexibilidad de los diseñadores del sistema ya que ellos deben decidir dónde se proporciona cada servicio. También deben planificar la escalabilidad y proporcionar algún medio para distribuir la carga sobre los servidores cuando más clientes se añadan al sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas cliente-servidor Arquitecturas cliente-servidor 37 • Una aproximación más general al diseño de sistemas distribuidos es eliminar la distinción entre cliente y servidor y diseñar la arquitectura del sistema como una arquitectura de objetos distribuidos. • En una arquitectura de objetos distribuidos, los componentes fundamentales del sistema son objetos que proporcionan un interfaz a un conjunto de servicios que ellos suministran. Otros objetos realizan llamadas a estos servicios sin hacer una distinción lógica entre un cliente (receptor del servicio) y un servidor (proveedor del servicio). Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 38 o1 o2 o3 o4 S(o1) S(o2) S(o3) S(o4) Bus software o5 o6 S(o5) S(o6) Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 39 • En una arquitectura de objetos distribuidos, los objetos se distribuyen a través de varias computadoras en una red y comunicarse a través de middleware. Este middleware proporciona un conjunto de servicios que permiten la comunicación entre objetos y el que estos puedan ser añadidos o eliminados del sistema. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 40 • Ventajas del modelo de objetos distribuidos • Los objetos que proporcionan servicios pueden ejecutarse sobre cualquier nodo de la red. No será necesario decidir con antelación donde ser situá la lógica de la aplicación. • Es una arquitectura muy abierta que permite añadir nuevos recursos fácilmente. (Implementación de estándares de comunicación entre objetos que permite escribir objetos en lenguajes de programación distintos). • Mayor flexibilidad y escalabilidad debido a que se pueden crear diferentes instancias del sistema proporcionando los mismo servicios por objetos diferentes. (según la carga del sistema) • Es posible reconfigurar el sistema de forma dinámica mediante la migración de objetos a través de la red. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 41 • En computación, CORBA (Common Object Request Broker Architecture), arquitectura común de intermediarios en peticiones a objetos, es un estándar que establece una plataforma de desarrollo de sistemas distribuidos facilitando la invocación de métodos remotos bajo un paradigma orientado a objetos. • CORBA fue definido y está controlado por el Object Management Group (OMG) que define las APIs, el protocolo de comunicaciones y los mecanismos necesarios para permitir la interoperabilidad entre diferentes aplicaciones escritas en diferentes lenguajes y ejecutadas en diferentes plataformas. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 42 • En un sentido general, CORBA "envuelve" el código escrito en otro lenguaje, en un paquete que contiene información adicional sobre las capacidades del código que contiene y sobre cómo llamar a sus métodos. Los objetos que resultan, pueden entonces ser invocados desde otro programa (u objeto CORBA) desde la red. • CORBA utiliza un lenguaje de definición de interfaces (IDL) para especificar las interfaces con los servicios que los objetos ofrecerán. CORBA puede especificar a partir de este IDL, la interfaz a un lenguaje determinado, describiendo cómo los tipos de dato CORBA deben ser utilizados en las implementaciones del cliente y del servidor. Implementaciones estándar existen para Ada, C, C++, Smalltalk, Java, Python, Perl y Tcl. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 43 • Al compilar una interfaz en IDL se genera código para el cliente y el servidor (el implementador del objeto). El código del cliente sirve para poder realizar las llamadas a métodos remoto. Es el conocido como stub, el cual incluye un representante del objeto remoto en el lado del cliente. El código generado para el servidor consiste en unos skeletons que el desarrollador tiene que rellenar para implementar los métodos del objeto. • CORBA es más que una especificación multiplataforma, ya que define servicios habitualmente necesarios como seguridad y transacciones (middleware). Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 44 • Los estándares CORBA incluyen: 1. Un modelo de objetos para objetos de aplicación en donde un objeto CORBA es una encapsulación de un estado con una interfaz con un lenguaje neutral y bien definido descrito en IDL (Interfaz Definition Language) 2. Un intermediario de peticiones de objetos (ORB) que gestiona peticiones para servicios de objetos. Este ORB localiza al objeto que proporciona el servicio, lo prepara para la petición, envía la petición de servicio y devuelve el resultado solicitante del servicio. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 45 3. Un conjunto de servicios de objetos que son servicios generales que probablemente serán requeridos por muchas aplicaciones distribuidas. Ejemplo de servicios son servicios de directorio, servicios de transacciones y servicios de persistencia. 4. Un conjunto de componentes construidos sobre estos servidores básicos que pueden ser requeridos por las aplicaciones. Pueden ser componentes verticales específicos del dominio o componentes horizontales de propósito general usados por muchas aplicaciones. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 46 o1 o2 S(o1) S(o2) Stub IDL Skeleton IDL Intermediario de peticiones de objetos Dos objetos o1 y o2 se comunican a través de un ORB. El objeto que hace la llamada (o1) tiene un stub IDL asociado que define la interfaz del objeto que proporciona el servicio solicitado. El implementador de o1 incluye la llamada a este stub en su implementación del objeto cuando se solicita un servicio. El objeto que proporciona el servicio tiene un skeleton IDL asociado que enlaza la interfaz con la implementación de los servicios. En términos simples cuando un servicio se llama a través de la interfaz, el skeleton IDL traduce los resultados a IDL para que puedan ser accedidos por el objeto que realizo la llamada. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 47 • Los intermediarios de peticiones de objetos no se implementan normalmente como procesos separados, pero son un conjunto de librerías que pueden enlazarse con las implementaciones de los objetos. Por lo tanto, en un sistema distribuido, cada computadora que está ejecutando objetos distribuidos tendrá su propio intermediario de peticiones de objetos. Éste manejará todas las invocaciones locales de objetos. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 48 o1 o2 o3 o4 S(o1) S(o2) S(o3) S(o4) Stub IDL Skeleton IDL Stub IDL Skeleton IDL Intermediario de peticiones de objetos Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Intermediario de peticiones de objetos 49 Red • Los servicios de CORBA proveen facilidades requeridas por sistemas distribuidos. El estandar incluye diversos servicios (aprox. 15 comunes) y infinidad de servicios específicos. Algunos ejemplos de estos servicios son: Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos • Servicio de nombres y categorías (trading): Permite a los objetos hacer referencia y encontrar a los otros objetos de la red. "Directorios de objetos". 50 • Servicios de notificación: Permiten a los objetos notificar a otros objetos que ha ocurrido algún evento. "Los objetos registran el interés en un evento especifico del servicio". • Servicio de transacciones: Soporta transacciones atómicas y operaciones rollback cuando ocurre un fallo. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos Arquitecturas de objetos distribuidos 51 • La computación distribuida ha sido principalmente implementada a nivel organizacional. Una organización tiene varios servidores y distribuye la carga entre ellos. • Actualmente están disponibles modelos más recientes de computación distribuida que permiten computación distribuida interorganizacional en lugar de intraorganizacional. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional • Arquitecturas peer-to-peer • Arquitecturas de sistemas orientados a servicios • Servicios Web • SOA 52 • Peer-to-Peer • Los sistemas peer-to-peer (P2P) son sistemas descentralizados en los que los cálculos pueden llevarse a cabo en cualquier nodo de la red y, al menos en principio no se hacen distinciones entre clientes y servidores. • En las aplicaciones peer-to-peer, el sistema en su totalidad se diseña para aprovechar la ventaja de la potencia computacional y disponibilidad de almacenamiento a través de una red de computadoras enormes. • Los estándares y protocolos que posibilitan las comunicaciones a través de los nodos están embebidos en la propia aplicación, y cada nodo debe ejecutar una copia de dicha aplicación. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 53 • Arquitectura P2P n4 n2 n1 n7 n5 n9 n8 n6 n3 n12 Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional n10 n11 54 • P2P (Entre iguales) • No tiene clientes y servidores fijos, sino una serie de nodos que se comportan a la vez como clientes y como servidores de los demás nodos de la red. • Todos los nodos se comportan igual y pueden realizar el mismo tipo de operaciones. • A pesar de que el P2P ha sido popularizado por el intercambio de música por Internet, este no es el único uso que se puede dar a esta tecnología. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional • Skype • SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence Institute). • RTVE emisión en directo a través de P2P 55 • Elementos de una red P2P • Par: entidad capaz de desarrollar algún trabajo útil y de comunicar los resultados de ese trabajo a otra entidad de la red, ya sea directa o indirectamente . • Par simple: Sirven a un único usuario final, permitiéndolo proporcionar servicios desde su dispositivo y empleando los servicios ofrecidos por otros pares de la red • Súper-par: Ayudan a los pares simples a que encuentre otros pares o a otros recursos de los pares • Grupo de Pares: Un grupo de pares es un conjunto de pares formado para servir a un interés común u objetivo dictado por el resto de pares implicados. • Servicios: proporcionan una funcionalidad útil que se consigue mediante la comunicación de los distintos pares • Servicios de pares: Funcionalidades ofrecidas por un par concreto de la red a otros pares • Servicios de Grupo de pares: funcionalidades proporcionadas por varios miembros del grupo consiguiendo así acceso redundante al servicio. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 56 Rendimiento Elevado Coste Alto P2P (Centralizado) 1- ¿cc.mp3? Par B (bb.mp3) 2- Par C Par C (cc.mp3) Servidor Bbb.mp3 Ccc.mp3 Ddd.mp3 3- cc.mp3 Par A (¿cc.mp3?) Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional Conexión directa Flujo de Datos Par D (dd.mp3) 57 P2P (Puro o totalmente descentralizado) "E.g. Gnutella" ¿ccc.mp3? Par F ¿ccc.mp3? ccc.mp3 Par C – ccc.mp3 Par E ccc.mp3 Par B ¿ccc.mp3? Par A ¿ccc.mp3? Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional ¿ccc.mp3? ccc.mp3 Par D Conexión directa Flujo de Datos El modelo P2P puro es más robusto al no depender de un servidor central Económico Elevado tiempo y sobrecarga de ancho de banda. El recurso buscado y existente ni siquiera pueda ser encontrado 58 P2P (Mixto o semicentralizado) Par A (¿cc.mp3?) (¿cc.mp3?) (¿cc.mp3?) Superpar Z cc.mp3 Par Z (cc.mp3) cc.mp3->Z cc.mp3->Z Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional Conexión directa Flujo de Datos Red Escalable Reducción del número de nodos involucrados en el encaminamiento Buen tiempo de respuesta 59 • La búsqueda de información (pares, contenidos y servicios), dada la ausencia de un conocimiento global de los datos y recursos involucrados, es un aspecto fundamental en entornos P2P • Búsqueda en caché: Cada par mantiene una caché de recursos previamente descubiertos. • Búsqueda directa: Pregunta directamente a otros pares de la red con los que tenga conexión directa (Arquitectura P2P pura) • Búsqueda indirecta: Los superpares actúan como fuente de información de localización de pares y otros recursos conocidos. Además esos hacen la búsqueda en nombre del par (Arquitectura P2P mixta). Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 60 • Características de las arquitecturas P2P • • • • • • • • Descentralización Escalabilidad Anonimato Propiedad compartida Rendimiento Seguridad Tolerancia a Fallos Interoperabilidad Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 61 • JXTA (Juxtapose) es una plataforma peer-to-peer open source creada por Sun Microsystems en el año 2001. Esta plataforma esta definida como un conjunto de protocolos basados en XML. Dichos protocolos permiten que dispositivos conectados a una red intercambien mensajes entre sí. JXTA es el framework P2P más maduro que actualmente existe. Además, fue diseñado para permitir que un amplio rango de dispositivos (computadoras, teléfonos móviles, PDAs) se comuniquen de forma descentralizada. • Como JXTA está basado en una serie de protocolos abiertos, en teoría, puede ser portado a cualquier lenguaje moderno de computación. Actualmente, la implementación de JXTA de Java es la más avanzada. Existen versiones para C y C++, JXTA-C y JXTA-C++ respectivamente. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 62 • JXTA crea una red virtual que permite a los peers interactuar entre sí, aun cuando algunos de ellos estén detrás de firewalls, NATs o usen distintos transportes de red. Además, cada peer es identificado por un ID único, un URN SHA-1 de 160 bits en la implementación de Java, permitiendo que los peers puedan cambiar su dirección pero conservar su número de identificación. • Los servicios JXTA pueden ser implementados para interoperar con otros servicios. Por ejemplo, un servicio de comunicación P2P de mensajería instantánea puede ser fácilmente agregado a una aplicación P2P de compartición de ficheros si es que ambos soportan protocolos JXTA. • La forma de funcionamiento se basa en un conjunto de protocolos P2P simples y abiertos que permiten que cualquier dispositivo de red se comunique, colabore y comparta recursos. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 63 • Arquitecturas de sistemas orientado a servicios • El desarrollo de la WWW trajo consigo que las computadoras cliente tuviesen acceso a los servidores remotos situados fuera de sus propias organizaciones. • Es claro que si las organizaciones convierten su información a HTML, entonces ésta podrá ser accedida por estas computadoras. Sin embargo el acceso solo a través de un navegador web no es práctico. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 64 • Servicio web • Un servicio Web (Web service) es una colección de protocolos y estándares que sirven para intercambiar datos entre aplicaciones. • Mediante la noción de un servicio web, las organizaciones que requieren hacer accesible la información a otros programas, pueden hacerlo definiendo y publicando un interfaz de servicio web. Esta interfaz define los datos disponibles y como se puede acceder a ellos i.e. un servicio web es una representación estándar para cualquier recurso computacional o de información que pueda ser usado por otros programas. • La principal razón para usar servicios Web es que se basan en HTTP sobre TCP en el puerto 80. • Buena interfaz para acceder a servicios y funcionalidades de otros ordenadores en la red. • Gran independencia y flexibilidad entre aplicación y servicio. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 65 • Arquitectura conceptual de un sistema orientado a servicios Registro de servicios Buscar Solicitante de servicios Publicar Enlazar Suministrador de servicios Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional Servicio 66 • XML: Es el formato estándar para los datos que se vayan a intercambiar. • SOAP o XML-RPC: Protocolos sobre los que se establece el intercambio. • HTTP, FTP, o SMTP: los datos en XML también pueden enviarse de una aplicación a otra mediante protocolos normales ya bien conocidos. • WSDL: Es el lenguaje de la interfaz pública para los servicios Web. • UDDI: Protocolo para publicar la información de los servicios Web. • WS-Security: Protocolo de seguridad. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 67 • Diferencias entre la orientación a servicios y la aproximación de objetos distribuidos • Los servicios podrán ofertarse por cualquier proveedor de servicio (con base en estándares) dentro o fuera de una organización, las organizaciones pueden crear aplicaciones integrando servicios desde varios proveedores. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional • E.g. • Una compañía de fabricación puede enlazar directamente a los servicios proporcionado por sus proveedores. • Una compañía de logística puede enlazarse con servicios de geolocalización y comunicaciónes. • Sistemas de banca electrónica 68 • El proveedor del servicio hace pública la información sobre el servicio para que cualquier usuario autorizado pueda usarlo. El proveedor de servicios y el usuario de los servicios no necesitan negociar sobre lo que el servicio hace antes de ser incorporado en un programa de aplicación. • Las aplicaciones pueden retrasar el enlace de los servicios hasta que éstas sean desplegadas o hasta que estén en ejecución. • i.e. una aplicación podría cambiar dinámicamente los proveedores de los servicios mientras el servicio se este ejecutando. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 69 • El es posible la construcción oportunista de nuevos servicios. Un proveedor de servicios puede reconocer nuevos servicios que se crean enlazando servicios existentes de formas innovadoras. • Los usuarios de los servicios pueden pagar por los servicios con arreglo a su uso en vez de a su provisión. Por lo que en lugar de comprar un componente de precio elevado que se usa raramente, el desarrollador de la aplicación puede usar un servicio externo por el que pagará solamente cuando sea requerido. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 70 • Las aplicaciones pueden hacerse mas pequeñas debido a que pueden implementar el manejo de excepciones como servicios externos. • Las aplicaciones pueden ser reactivas y adaptar su operación de acuerdo con su entorno enlazando con diferentes servicios a medida que cambia este. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 71 • Los tres estándares fundamentales que permiten la comunicación entre servicios web son: • SOAP (Simple Object Access Protocol). Este protocolo define una organización para intercambio de datos estructurados entre servicios web. • WSDL (Web Services Description Languaje). Este protocolo define cómo pueden representarse las interfaces de los servicios web. • UDDI (Universal Descripción, Discovery and Integratión). Éste es un estándar de búsqueda que define como puede organizarse la información de descripción de servicios, usada por los solicitantes de los servicios para encontrar servicios. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 72 • *Todos los estándares se basan en XML generalmente. • Las arquitecturas de aplicaciones de servicios web son arquitecturas débilmente acopladas en donde el enlace a los servicios puede cambiar durante la ejecución. Algunos sistemas se construirán solamente usando servicios web y otras mezclaran servicios web desarrollados localmente. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 73 • Ventajas de los servicios web • Aportan interoperabilidad entre aplicaciones de software • Los servicios Web fomentan los estándares y protocolos basados en texto (más humanos y accesibles) • Al apoyarse en HTTP, permiten acceder a cualquier sistema conectado a la red (http usa el puerto 80) • Permiten el uso de servicios integrados cambiando el de varias compañías y varios software's • Permiten la interoperabilidad entre plataformas de distintos fabricantes por medio de protocolos estándar. Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 74 • Desventajas de los servicios web • Para realizar transacciones no pueden compararse en su grado de desarrollo con los estándares abiertos de computación distribuida como CORBA. • Su rendimiento es bajo si se compara con otros modelos de computación distribuida, tales como RMI o CORBA (XML no está diseñado para el rendimiento) • Al apoyarse en HTTP, pueden esquivar medidas de seguridad basadas en firewalls cuyas reglas tratan de bloquear o auditar la comunicación entre programas a ambos lados de la barrera. • Existe poca información de servicios web para algunos lenguajes de programación Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 75 • Arquitectura Orientada a Servicios (SOA) Evolución de la arquitectura: Abstracción Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 76 Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 77 Programación Estructurada Objetos Componentes Servicios Granularidad Muy fina Fina Intermedia Gruesa Contrato Definido Privado/Publico Publico Publicado Reusabilidad Baja Baja Intermedia Alta Acoplamiento Fuerte Fuerte Débil Muy débil Dependencias Tiempo de Compilación Tiempo de Compilación Tiempo de Compilación Run-Time Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 78 Ámbito de Comunicación Intra-Aplicación IntraAplicación InterAplicaciones Inter-Empresas Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Computación distribuida interorganizacional Computación distribuida interorganizacional 79 • Realizar un mapa conceptual que contenga los conceptos de la clase 11 a 17 • A más tardar se debe entregar el día Domingo 17 de Octubre de 2010 a las 23:59:59 hrs. • Incluir portada. • Recomendación: Usar Cmap Tools Sistemas operativos II 14 , 15, 16 y 17 Arquitecturas de sistemas distribuidos Tarea 04 Tarea 04 80
