Aid Cap2 Modelosarquitecturais

8/8/2019 Aid Cap2 Modelosarquitecturais

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Alexandre Fonte Material de Apoio a AD, ESTCB Edio 2010-2011 1

Aplicaes Distribudas

Licenciatura em Engenharia Informtica3 Ano 5 SemestreAno lectivo 2010-2011


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Alexandre Fonte Material de Apoio a AD, ESTCB Edio 2010-2011

Resumo

Modelos Arquitecturais Arquitectura de um Sistema Distribudo Arquitectura de Camadas de um Sistema Distribudo Modelo Cliente-Servidor, P2P, Combinao C/S e P2P


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Arquitectura de 1 Sistema Distribudo

a estrutura do SD em termos dos componentes que ocompe, a localizao destes em computadores na redee as suas inter-relaes

Define os componentes do SD atravs da identificaodas suas funes de forma simples e abstracta. Identifica a localizao dos componentes numa rede Identifica as inter-relaes a interface- entre os componentes:

os papeis funcionais e a comunicao entre componentes

A arquitectura tem implicaes no desempenho,fiabilidade e segurana do sistema


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Arquitectura de Camadas

Os componentes de software e hardware so organizados em camadas Um componente da camada N pode chamar um componente na camada

inferior

A estruturao em camadas e servios facilita a tarefa de lidarmos coma complexidade inerente ao desenvolvimento de um SD: Camada: um grupo de componentes (e.g., processos ou objectos)

relacionados. Servio: funcionalidade fornecida camada superior seguinte.

Camada 1

Camada 2

Camada N

(servios oferecidos camada superior)


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Arquitectura de Camadas de 1 SD

Aplicaes Distribudas

Middleware

Servios

Hardware do Computadore Rede

Kerneldo SistemaOperativo

Servios de Rede doSistema Operativo







Mquina A

Middleware

Mquina B Mquina C

Plataforma(e.g.

Intel/Win

dowsXP)


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Plataforma

Uma Plataforma so as camadas inferiores de hardware esoftware

Estas camadas inferiores fornecem servios s camadassuperiores, as quais so implementadasindependetemente.

Principais Exemplos Intel x86/MacOS X Intel x86/Windows Intel x86/Linux Intel x86/Solaris SPARC/SunOS PowePC/MacOS Hardware do Computador

e Rede



Intel x86

Windows, Mac OS X

Servios de rede doWindows, Mac OS X


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Middleware (1)

a camada de softwareque mascra a heterogeidadepresente nos SD (i.e., esconde os detalhes de baixonvel) um conjunto dos processos ou objectos em computadores distintos,

que interagem para implementar a comunicao e partilha de recursosentre aplicaes distribudas.

Estes complementam os servios de rede para facilitar o dilogo entreaplicaes remotas (e.g., Envio e Recepo de pedidos, Sincronismo,Definio do formato das mensagens).

Hardware do

Computador e Rede

Kerneldo Sistema

Operativo

Servios de Rede

do SistemaOperativo

Middleware

AplicaesDistribudas


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Middleware (2)

oferece um modelo de programao maisconveniente para programadores de aplicaesdistribudas: Fornece uma Interface de programao (API) homognea. Permite suportar a programao das comunicaes baseadas em

abstraces do tipo Escrita/Leitura de um ficheiro, ou RPC (Remote

Procedure Calls) ou RMI (Remote Method Invocation). Fornece os blocos base para a implementao dos componentes dasaplicaes distribudas baseados nestes paradigmas.

Principais Exemplos: Sun RPC (Remote Procedure Calls), OMG CORBA (Common Request

Broker Architecture), Microsoft D-COM (Distributed Components ObjectModel), Sun Java RMI

Middleware + moderno: IBM WebSphere, Microsoft .NET, Sun J2EE


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Arquitecturas de Software

A arquitectura de um SD dominada pela organizao doscomponentes de software A implementao de um SD passa pela instanciao e colocao de

componentes de software em mquinas reais Exemplos:

Modelo Cliente-Servidor Modelo Peer-to-Peer

Rede

Cliente

Servidor

Mquina Cliente

Mquina Servidor


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Terminologia

Componente: Genericamente, um componente umaunidade modular com uma interface bem-definida

Processo: Instancia de programa em execuo numcomputador. Os modelos arquitecturais estudados andamem torno deste conceito;

Servio: Operaes requeridas para execuo numprocesso remoto (e.g., servio de impresso, servio de

base de dados, etc)


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Exemplos: Servio de ficheiros

Acesso (leitura/escrita) a ficheirosarmazenados no servidor

Servio de impresso Impresso numa impressora remota

gerida pelo servidor

Servios


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Servios

Exemplos Servio de base de dados

Acesso a BD gerida peloservidor

Servio de comunicaes E-mail, acesso a modems

ligaes a outras redes.


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Modelo Cliente-Servidor

A arquitectura Cliente-Servidor um modelo conceptual adoptado paradisciplinar, orientar o projecto e a implementao de aplicaes queesto funcionalmente separadas em processos distintos.

Os processos esto divididos em dois tipos consoante o seu modo deoperao: Processo CLIENTE: todo o processo que solicita servios (Envia pedidos

ao Servidor) Processo SERVIDOR: todo o processo que fornece Servios (Atende

esses pedidos, processa, responde)

Servidor comocliente de outroservidor, e.g.,DNS

Server

Client

Client

invocation

result

Serverinvocation

result

Process:Key:

Computer:


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Interaco tpica entre o Cliente e o Servidor

Outras nomenclaturas habituais Processo cliente=cliente=mestre (Master)=Gestor (Manager) Processo servidor=servidor=escravo (Slave)=Agente (Agent)


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Exemplo: Actualmente, existem vrias aplicaes comerciais desenvolvidas com

base no modelo cliente/servidor. Na Internet, o Web browser um programa cliente que efectua

pedidos de servios a servidores Web(servidor HTTP)

GET www.google.com HTTP/1.0

HTTP/1.0 200 OK

Cliente Servidor


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Os servidores durante a oferta de um servio podemtambm ser clientes de outros servidores Exemplo: Os servidores DNS (Domain Name Service)

Os servios podem ser fornecidos por mltiplosservidores Exemplos: Um clusterde servidores Web como o Googleou base dedados paralelas Oracle Service

Server

Server

Server

Client

Client


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Alexandre Fonte Material de Apoio a AD, ESTCB Edio 2010-2011Alexandr

e Fonte17


Proxiese caches Um servidor proxy um intermedirio que oferece um servio recorrendo

aos servidores para executar esse servio

A cacheguarda uma replica dos dados recentemente utilizados/acedidos


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Propriedades: Modelo mais comum e usado na prtica Interaco simples facilita implementao Servidor um ponto de falha nico No escala para alm dum dado limite (servidorpode tornar-se num bottleneck) Segurana apenas tem de se concentrar no servidor


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Implementao de Aplicaes C-S

Habitualmente segue-se uma arquitectura decamadas: Nvel interface com o utilizador: Programas/cdigo que

permitem a interaco do utilizador com a aplicao

Nvel de processamento: Lgica aplicacional

Nvel de dados: Mecanismos de gesto de dados (guardam osdados da aplicao

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Implementao de Aplicaes C-S

Exemplo de um motor de busca

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Arquitecturas Multitiered

Diferentes alternativas cliente-servidor

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Arquitectura 2 Camadas (Two-tier)

a organizao mais simples A maquina cliente contm apenas os programas que

implementam a interface com o utilizador. A mquina servidor contm o resto os programas

implementando o nvel de processamento e dados.

GUI

SQL

Lgica daaplicao

DBMS

Pedido

Resposta

Interaco

Funcional

Base

de Dados


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Arquitectura 3 camadas (Three-tier)


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Arquitectura 3 camadas (Three-tier)

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Arquitectura do Cliente

Programa mais fcil de escreverque o do seu homologo servidor. No necessita de implementar sofisticados

mecanismos de segurana. Nem de efectuar processamento

complexo. Nem gerir acessos mltiplos.

Tipicamente gere a interface doutilizador com a aplicao. Valida os dados introduzidos pelo

utilizador. Idealmente utilizador interage com o

front-endsem saber que o back-endexiste.

Despacha os pedidos para osprogramas servidores.


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Arquitectura do Cliente

Clientes magros Modelo Function Shipping

GUI

SQL

Lgica daaplicao

DBMS

Pedido

Resposta

Interaco

Funcional

Base

de Dados


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Arquitectura do Servidor

Programa mais complicado de escrever que o do seuhomologo. Permanentemente escuta de pedidos de servio. Processar os pedidos e executar o processamento solicitado. Enviar uma resposta. Implementa toda a lgica associada ao servio solicitado, i.e.,

implementam a funcionalidade pretendida. Implementa sofisticados mecanismos de segurana. Gere a partilha de recursos. Aceitar mltiplos pedidos em simultneo. Gesto da integridade do dados.

Em resumo: Efectua as tarefas back-end. Ex. Servidor HTTP

Cnn.com

Servidor


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Tipos de Servidores

Servidores Interactivos Servidores Concorrentes Servidores Sem-ligao Servidores Com-ligao

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Servidores Iterativos

Processam um pedido de cada vez Procedimento de implementao:

1. Espera pela chegada de um pedido do cliente. 2. Processa o pedido do cliente. 3. Envia uma resposta de volta ao cliente que lhe enviou o

pedido. 4. Regressa ao passo 1.

Pedido 1

Resposta 1Resposta 3

Pedido 2

TEMPO

Servidor

Cliente

Cliente


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Servidores Concorrentes

Processam vrios pedidos em simultneo Os servidores concorrentes so divididos em duas partes:

Uma parte mestre. Um conjunto de partes escravas.

Vantagens Obvias: Maior disponibilidade, Optimizao do tempo de CPU. Requisito: Capacidade de Multiprocessamento

Server

Threads

Processo ServidorProcesso Cliente 1

Processo Client 2

Internet


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Servidores Concorrentes

A parte mestre executa os passos seguintes: 1. Espera a chegada de um pedido de um cliente.

2. Inicia (activa) um novo servidor (escravo) para tratar do pedido deum cliente. O novo servidor trata o pedido do cliente por completo. O servidor escravo aps tratar do pedido no aguarda por novos

pedidos, ele termina imediatamente a sua execuo.

3. Regressa ao passo 1, continua a aceitar pedidos enquanto osservidores escravos tratam os pedidos concorrencialmente.


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Execuo de cdigo concorrente

Threadprincipal/mestre

Thread A Thread B Thread C

start start start

Os Threads podem trocar dados/resultados

ThreadsEscravos

Thread= Pedao de cdigo que lanado (pelo processo servidor)e executado concorrentementecom outros threads.

Alternativamente, pode-se obtarpor lanar e executarconcorrentemente multiplosprocessos (cpias completas doprocesso pai).


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Servidores Sem Ligao (ou modo Datagrama)

No existe quaisquer garantias de entrega confivel dospedidos ou respostas.

Vantagens:Simplicidade e flexibilidade Exemplo: Ping

Caixa Correio

Destinatrio

Caixa

Correio

Remetente

O pedido perdidoO pedido duplicadoO pedido atrasadoO pedido chega fora de ordem


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Servidores Sem Ligao (ou modo Datagrama)

Emisso do pedidoMensagem Pedido

Toma conhecimento

do pedido.

Execuo do PedidoMensagem Resposta

Recepo dos resultados

Espera pela Resposta


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Servidores Orientados Ligao

Existe garantia de entregas dos pedidos e respostas de servioatravs do estabelecimento de um circuito virtual

Uma sesso entre o cliente e o servidor passa por trs fases: Estabelecimento da ligao Transferncia de dados Fecho da ligao

Utilizao de nmeros de sequncia das mensagens e confirmaespermitem + Mecanismos de Timeout eliminam os erros deconfiabilidade: Ordenao das mensagens no lado do receptor Eliminao de duplicao de mensagens recebidas Confirmao (Acknowledment) da chegada correcta das mensagens

enviadas. Se uma mensagem no for confirmada, esta dever ser retransmitida


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Pedidode Ligao

Mensagem de ligaoToma conhecimentodo pedido de ligao

Aceita a ligao

Emisso de pedidosRecepo de resultados

Sincronismo

Execuo dosPedidos e

gesto do sincronismo.

Pedido deFecho da ligao

Mensagem de fecho de ligao Toma conhecimentodo pedido de fecho da

ligao

Mensagem de Aceitao

Servidores Orientados Ligao


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Escolha do Tipo de Servidor

Servidores iterativos sem ligao Servios que no necessitem de muito processamento por pedido. Ex: servidor de tempo (TIME).

Servidores iterativos orientados ligao Servios que necessitam de pouco processamento, mas que requerem

um transporte favel do tipo TCP.

Servidores concorrentes sem ligao No se devem utilizar se os tempos de criao de um novo processo

forem superiores aos tempos de oferta dos servios.

Servidores concorrentes orientados ligao Oferecem um transporte fivel e so capazes de atenderem a

mltiplos pedidos em simultneo.


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Modelo Peer-to-Peer

Processos Peer(par, coisa igual) No existe uma clara distino entre processos Cliente e processos

Servidor Resoluo cooperativa de um problema (e.g., partilha de ficheiros ou

distribuio de carga) vulgar a necessidade de implementao de cdigo para manuteno

de consistncia de recursos e sincronismo de aces


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Modelo Peer-to-Peer

Propriedades: Interaco mais complexa (do que num sistema cliente/servidor) leva

a implementaes mais complexas Em geral n peers interagem na oferta de um servio

Operaes de pesquisa so complexas No existe ponto nico de falha Melhor potencial de escalabilidade Maior nmero de computadores envolvidos pode colocar questes

relativas: Heterogeneidade Segurana

Apropriado para ambientes em que todos os participantes queremcooperar para fornecer uma dado servio

Capacidade agregada >> capacidade individual


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Combinao C/S e Peer-to-Peer

Cliente + peer-to-peer Num sistema peer-to-peer, podem existir elementos que disponibilizam

o servio a outros processos (clientes) que no pertencem ao sistemapeer-to-peer

Propriedades: Permite a um host aceder a um servio disponibilizado por um sistema

peer-to-peer Permite limitar o nmero de processos que fazem parte do sistema

peer-to-peer


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Combinao C/S e Peer-to-Peer

Cliente/servidor + peer-to-peer O servio disponibilizado por um sistema pode ser dividido em vrias

funcionalidades, sendo umas fornecidas por um sistema cliente/servidor e outras por um sistema peer-to-peer. Neste caso comum osistema cliente/servidor servir como servio de directrio.

Propriedades: Permite combinar as vantagens de ambos os sistemas

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