07-Aula7-SistemasArquivos

7/25/2019 07-Aula7-SistemasArquivos

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Sistemas de Arquivos

DistribudosUniversidade Federal do ABC

Prof. Dr. Francisco Isidro Massetto


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Conceitos

Dois tipos Stateless

Statefull

Statefull Mantm informaes de estado

Nome do arquivo

Ponteiro para arquivo Posio atual


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Conceitos

Stateless Cliente deve especificar todas as informaes a

cada acesso

No mantm informaes para acessossubsequentes


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Benefcios

Tolerncia a falhas Mais fcil de implementar em sistemas Stateless

Desempenho

Sistemas statefull reduzem o nmero e tamanhoda mensagem, otimizando o trfego na rede


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Caractersticas

Transparncia Usurio v o sistema de arquivos como um

sistema nico

Localizao fsica dos arquivos fica oculta aousurio

Garantia de transparncia Sistemas de nomes robusto


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Caractersticas

Escalabilidade Novos computadores podem ser adicionados com

facilidade

Duplicao de dados

Aumentando a escalabilidade aumenta aconcorrncia

Largura de banda na rede de comunicao

nico servidor?? gargalo!!!


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Caractersticas

Segurana Acesso aos recursos

Permisso de acesso aos arquivos

Hierarquias de acesso Proprietrio grupo outros

Identidade dos usurios

Transmisso de dados Criptografia das informaes


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Caractersticas

Tolerncia a falhas Muito mais complexo Falha no servidor

Cliente no pode ficar indefinidamente bloqueado Timeout

Idempotncia Vrias chamadas para executar a mesma operao Em alguns casos vlida (consulta de saldos)

Outros casos podem gerar inconsistncias Solues?? Cache Identificao da mensagem


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Caractersticas

Consistncia Caching de cliente

Cpia local para evitar sobrecarga no servidor Manter consistncia

Invalidar verso do cliente

Timestamps Se Tlocal < Tservidor solicite verso do servidor

Travamentos (locking) Acesso exclusivo a um arquivo por parte do cliente Travas podem expirar Clientes devem renovar travamentos

Replicaes Vrias cpias que devem ser atualizadas


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Em Resumo...

Transparncia

Acesso: Mesmas operaes

Locao: Mesmo espao de nomes, at mesmoem realocao de arquivos ouprocessos

Mobilidade:Realocao automtica de arquivos possvel

Desempenho: desempenho satisfatrio sobre umavariedade de carga no sistema

Escalabilidade: Servio pode ser expandido paraalcanar carga desejada

Concorrncia

IsolamentoBloqueio em nvel de arquivo ou registro

Outros tipos de concorrncia podem

eliminar conteno

ReplicaoSistema de arquivos mantm mltiplas cpias

idnticas de arquivos

Compartilhamento de arquivos entre servidorestorna servio mais escalvel

Acesso local com melhor resposta (baixalatncia)

Tolerncia a falhasReplicao total difcil de implementar

Caching (de partes ou todo o arquivo) proporcionaa maioria dos benefcios (exceto tolerncia a

falhas)

Heterogeneidade

Servio pode ser acessado por clientes rodandoem (quase) todas as plataformas de SO.

Projeto deve ser compatvel com sistemas dearquivos de diferentes SOs

Interfaces de servio devem ser abertas especificaes precisas da API so publicadas.

Tolerncia a Falhas

Servio deve continuar mesmo com os clientes emcrash ou cometerem erros.

Semntica at-most-once Semntica at-least-once

Requer operaes idempotentes

Servio deve reiniciar aps a queda de um

servidor.Se o servio for replicado, deve continuar mesmo

com a queda de um servidor.

Consistncia

Unix fornece semntica de atualizao one-copypara operaes em arquivos locais caching

transparenteDificuldade de atingir o mesmo para Sistemas de

Arquivos Distribudos, mantendo bomdesempenho e escalabilidade

Segurana

Deve manter controle de acesso e privacidadepara arquivos locais.

Baseado em identidade de usurios paraefetuar requisio

autenticao

Comunicao segura

Interfaces de servios so abertas para todos osprocessos no excluindo firewalls.

Vulnervel a ataques

Eficincia

Objetivo de um Sistema de Arquivos Distribudos ter um desempenho comparado a um Sistema

de Arquivos Local

Transparncia

ConcorrnciaReplicao

Heterogeneidade

Tolerncia a Falhas

Consistncia

SeguranaEficincia


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Estudo de Caso

SUN NFS(Network File System)


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Viso Geral

Caractersticas Gerais Arquitetura Protocolos Implementao

Proteo de arquivos Transparncia Performance

Escalabilidade Concluses


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NFS: Caractersticas Gerais

NFS um sistema de arquivos distribudo que

permite aos usurios acessar arquivos e diretrioslocalizados em computadores remotos e trat-loscomo se fossem locais

possvel usar comandos convencionais para criar,remover, ler (...) para manipular arquivos e

diretrios remotos


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Criado pela Sun em 1985

Primeiro sistema de arquivos desenvolvido comoproduto

Interfaces disponibilizadas para domnio pblico

Tornou-se popular e amplamente utilizado naindstria e na academia


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NFS pode ser utilizado em uma grande variedade

de tipos de mquinas, sistemas operacionais earquiteturas de rede. Essa independncia alcanada atravs da utilizao de RemoteProcedure Call (RPC)

Entrega de mensagens: protocolo at-least-once

Nvel de transporte: UDP/IP (1987)


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Mquinas possuem diferentes representaes para

um mesmo tipo de dados

XDR: prov um mtodo independente para a

representao de dados a serem transmitidos narede. uma especificao para a representaopadro de vrios tipos de dados


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NFS: Arquitetura

Na maioria dos casos: clientes e servidores namesma rede local;

Cada servidor exporta um ou mais de seus

diretrios; Lista de diretrios que um servidor exporta:

mantida no arquivo /etc/exports;

Clientes montam em seus sistemas de arquivosos diretrios exportados;


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NFS: Arquitetura

E se a estao de trabalho no tem disco?

Um cliente sem disco pode montar um sistema dearquivo remoto no seu diretrio raiz

Estaes que possuem disco podem montardiretrios em qualquer lugar que desejarem...


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NFS: Protocolos

Heterogeneidade interface entre

clientes e servidores bem definida

Dois Protocolos: Protocolo de Montagem dos arquivos Protocolo para Acesso a Diretrios e a Arquivos


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NFS: Protocolos

Protocolo de Montagem dos arquivos

Cliente Servidor

1- Nome de caminho, solicitao permisso

2 -Autorizao para manipulao de arquivo (tipodo sistema de arquivo, disco onde est, nmero don-I do diretrio, informaes segurana)


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NFS: Protocolos

Protocolo de Montagem dos arquivos

Montagem automtica durante o boot da mquinacliente

Automontagem Nenhum diretrio remoto montado durante o boot

nem servidores so contactados Montagem dinmica de um sistema de arquivos

Tolerncia a falhas Melhoria na performance


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Implementao do Protocolo

No cliente

Montar sistema de arquivo $mount server:/dir /local/dir t nfs

Mount aplicao que mapeia um dispositivo (neste caso,um sistema de arquivos em outro computador)

server:/dir endereo do servidor que est exportando osistema de arquivo e qual diretrio ser mapeado /local/dir ponto de montagem, diretrio local que

tornar-se- acessvel

-t nfs especifica que o tipo de sistema de arquivo queser montado remoto via protocolo NFS.


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Implementao do Protocolo

Configurao automtica Arquivo /etc/fstab Configurao de montagem no momento do boot

Leitura do arquivo e montagem

$mount -a

ser ver : / di r / l ocal / di r nf s r w, noaut o 0 0


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NFS: Protocolos

Protocolo para Acesso a Diretrios e a Arquivos

Clientes enviam mensagens aos servidoressolicitando autorizao para ler ou escrever emarquivos

Chamadas open e close no so aceitas

No guarda informaes sobre o estado dos arquivosabertos (stateless)

Problemas no tratamento a bloqueios de arquivos


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NFS: Implementao


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Proteo de Arquivos

Utiliza o mecanismo de proteo do UNIX: bits rwx

(read-write-execute) 3 nveis de proteo

Proprietrio grupo - outros

Utilizao de sistema de criptografia: validao docliente e do servidor a cada pedido e resposta

Chaves usadas na autenticao: mantidas pelo NIS(Network Information Service)


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Proteo de Arquivos

NIS (Network Information Service) Armazena pares (chave, valor) Cuida da criptografia das chaves

Mapeamento nome-usurio senhascriptografadas

Mapeamento nome mquina endereo da rede


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NFS: Transparncia

Transparncia de Acesso:

Em clientes UNIX, o acesso a arquivos remotos feitoatravs dos comandos do UNIX

Transparncia a Falhas: Caractersticas importantes: servio stateless e operaes

so idempotentes

Se servidor falha servio suspenso

Quando servidor retorna processamento continua doponto que havia sido interrompido.


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NFS: Transparncia

Transparncia de Localizao:

Arquivos remotos podem estar associados a diferentespathnames em diferentes clientes


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NFS: Transparncia

Transparncia de Performance:

Uso de cache no cliente e no servidor Difcil manter coerncia de cache dos mdulos cliente


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NFS: Transparncia

Transparncia de Migrao:

No totalmente suportada pelo NFS Quando um sistema de arquivos movido de um servidor

para outro, as tabelas remotas dos clientes precisam seratualizadas

NFS no suporta: Transparncia de replicao,transparncia de concorrncia


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NFS: Performance

Cache no servidor Sistema UNIX: arquivos, diretrios e atributos lidos do

disco retidos no cache

Quando uma pgina alterada novo contedo serescrito no disco apenas quando o bufferfor requeridopara outra pgina

Porm, para evitar perda de dados, as pginasalteradas so enviadas para o disco a cada 30segundos


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NFS: Performance

Cache no servidor (NFS)Acesso para escrita

Modificaes so enviadas imediatamente para o disco

Falhas no servidor resultariam em perdas de dados nodetectadas pelos clientes


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NFS: Performance

Cache no Cliente

Objetivo: reduzir o nmero de pedidostransmitidos ao servidor

Diferentes verses de arquivos podem existirem diferentes ns cliente

Mtodo baseado em timestamp validao deblocos no cache


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NFS: Performance

Cache no Cliente

Clientes mantm no cache um timestamp indicando ahora que o arquivo foi modificado pela ltima vez noservidor

Validao: sempre que um arquivo aberto e sempreque o servidor contactado para buscar um novo blocode um arquivo cliente requisita ao servidor o horrio

da ltima modificao e compara com seu timestamp


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NFS: Performance

Cache no Cliente

Operao de Escrita

Pginas modificadas so marcadas

So enviadas para o servidor quando o arquivo fechadoou de tempos em tempos.


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NFS: Escalabilidade

Limitada: projetado originalmente para

permitir cada servidor suportar 5-10 clientes Nmero de clientes que podem acessar

simultaneamente um arquivo compartilhado limitado


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Concluses

Objetivos:

Independncia de Mquina e sistema operacional Tolerncia a Falhas Transparncia de Acesso Performance

Projeto do NFS: Portabilidade

Heterogeneidade


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Concluses

Outras implementaes do NFS: WebNFS

Solstice Network Client 3.2: MS Windows 3.x,

Win95, Win98 e Windows NT


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Bibliografia Coulouris et al. 1994 Distributed System: Concepts and Design,

Second Edition, Addison Wesley

Tanenbaum, A. S. - Distributed Operating Systems, Prentice Hall Int.Ed., 1st Edition, 1995.

Mullender, S. - Distributed Systems, Addison-Wesley PublishingCompany, 2nd. Edition. 1993.

AIX Version 4.3 System Management Guide: Communications andNetworks (Chapter 10 Network File System)http://nscp.upenn.edu/aix4.3html/aixbman/commadmn/toc.htm

Sandberg R. The Sun Network Filesystem: Design, Implementation and

Experience. Proceedings of the Summer 1986 USENIX TechnicalConference and Exhibition, 1986

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