Cap2. sis dist pub

Sistemas Distribuidos

CAPITULO 2

Ing. Mary Dunnia López N.

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENOFICCT

Semestre I/2016

INF413

“Valorar las alternativas y ventajas para la implantación

de un sistema distribuido (Compartir Recursos) ”

Objetivo

C O N T E N I D O

Estructuras de Sistemas Distribuidos

Sistema de Archivos Distribuidos

Gestión Distribuida de procesos

Sistema de Ejecución Distribuida

Introducción2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

INTRODUCCION

“A distributed system is a collection of independent computers that appears to its users as a single coherent system”

Tipos de sistemas (evolución histórica) Sistemas por lotes: proceso diferido, secuencial Sistemas centralizados de tiempo compartido: terminal Sistemas de teleproceso: red telefónica Sistemas personales: estaciones de trabajo, PCs Sistemas en red: cliente/servidor, protocolos (TCP/IP) Sistemas distribuidos: transparencia (GUI)

Conjunto de computadores interconectados igual que un sistema en red que comparten un estado ofreciendo una visión de sistema único (SSI) igual que un sistema centralizado

INTRODUCCION

A distributed system organized as middleware. The middleware layer extends over multiple machines, and offers each application the same interface.

Un sistema Distribuido es software Middleware

INTRODUCCION

Ventajas del Sistema distribuido con respecto a:• Sistema centralizado

• Bajo coste: puede estar compuesto de PCs estándar• Escalabilidad: consecuencia de su modularidad• Flexibilidad: reutilización de máquinas “viejas”• Disponibilidad: mediante replicación de recursos• Ofrecen la posibilidad de paralelismo• Permiten acceder a recursos remotos

• Sistema en red• Uso más eficiente de los recursos (migración)• Acceso transparente a los recursos

INTRODUCCION

Desventajas del Sistema distribuido con respecto a:• Sistema centralizado

• Un sistema centralizado del mismo coste es más eficiente que cada uno de los componentes del sistema distribuido.

• Si la distribución de recursos es inadecuada algunos recursos pueden estar desbordados mientras otros están libres

• Mantener la consistencia puede ser muy “costoso” en el sistema distribuido.

• La red de interconexión es una fuente de problemas• La gestión de la seguridad es más compleja

2.1 Estructuras de Sistemas Distribuidos


2.1.1 Sistemas operativos de red

2.1.2 Sistemas operativos distribuidos

2.1.3 Servicios Remotos

SO de Red

Estructura de un Sistema Operativo en Red

Un sistema operativo de red es un sistema operativo de computadora diseñado para administrar y apoyar a las estaciones de trabajo, computadoras personales y servidores normalmente conectados a una red de área local.

El usuario ve un conjunto de máquinas independientes: No hay transparencia Se debe acceder de forma explícita a los recursos de otras máquinas (conocer su

localización)

Sistema operativo

Lenguajes de programaciónAplicaciones

Red de interconexión

Hardware

Sistema operativo

Lenguajes de programaciónAplicaciones

Hardware

Características de un SO de Red

Cada computadora tiene su sistema operativo privado. Responde a la necesidad de compartir recursos. Cada usuario normalmente trabaja en su propia computadora

o en una computadora designada; usando una computadora diferente invariablemente requiere algún tipo de "login" remoto.

Tipos de SO de Red

NetWare Este sistema se diseñó con la finalidad de que lo usarán grandes compañías que deseaban sustituir sus enormes máquinas conocidas como mainframe por una red de PCs que resultara más económica y fácil de manejar.

UNIXLos sistemas UNIX satisfacen necesidades de los programadores que crean software y de los administradores que deben controlar las labores de desarrollo de programas.

Windows NT Las letras NT significan Nueva Tecnología. Fue diseñado para uso de compañías grandes, por lo tanto realiza muy bien algunas tareas tales como la protección por contraseñas.

IBM OS/2 LAN SERVER

El Server de OS/2 opera a 32 bits y trabaja en conjunción con el Sistema Operativo multitarea OS/2. El LAN Server se encuentra disponible en versión para principiantes (Entry), es una solución de bajo costo y permite el uso de un servidor no dedicado.

Linux Linux es un sistema operativo para computadoras personales basadas en Intel.

Básicamente hay dos tipos de RED: Redes de área local. (LAN) Redes de área amplia. (WAN)

Administración de Recursos de un SO de Red

Los sistemas operativos realizan funciones tales como: Facilitar la entrada y salida.

Planificar la distribución entre los usuarios.

Evitar que los usuarios se interfieran.

Proporcionar la interfaz con el usuario.

Organizar los datos para lograr un acceso rápido y seguro

Permitir que los usuarios compartan entre sí hardware - datos. Recuperarse de los errores.

Administrador del Procesador de un SO de Red

Administrador de Archivos de un SO de Red

Ofrece funciones para compartir información, mantenerla privada, obtener acceso a ella, respaldarla, recuperarla, hacerla independiente del dispositivo y cifrarla.

El acceso a los archivos se logra mediante funciones de los sistemas operativos llamadas métodos de acceso.

Las estrategias de administración del almacenamiento buscan obtener el mejor aprovechamiento y desempeño posibles del recurso de almacenamiento principal.

Administrador de Dispositivos de un SO de Red

El administrador de dispositivos se encarga de las comunicaciones entre las aplicaciones y los dispositivos.

Los dispositivos son componentes de hardware como unidades de disco, impresoras y puertos de comunicación capaces de enviar información al sistema operativo o recibir información de él.

El administrador de dispositivos se comunica con los manejadores de dispositivos.


2.1.1 Sistemas operativos en Red

2.1.2 Sistemas operativos distribuidos


Estructura de un Sistema Distribuido

a) visión del usuario b) estructura del sistema (visión del diseñador)

Aplicaciones Aplicaciones Aplicaciones

Servicios Middleware



Sistema Operativo

Sistema Operativo

Sistema Operativo

Hardware distribuido y red de comunicaciones

Aplicaciones

Servicios del sistema

Hardware distribuido y

red

Servicios Middleware: soporte RPC/RMI, soporte a comunicación uno-a-muchos, sincronización de tiempos y ordenación de eventos, consistencia (replicación), servicios de nombres, de seguridad…

Estructura de un Sistema Distribuido

Se comporta como un SO único (visión única) Distribución con transparencia Se construyen normalmente como micro núcleos que ofrecen servicios básicos de

comunicación Todos los computadores deben ejecutar el mismo Sistema Operativo Distribuido Ejemplos : Cluster, Grid, etc.

Sistema operativo distribuidoLenguajes de programación

Aplicaciones

Red de interconexión

Hardware Hardware

Estructura de un SO Distribuido

En un sistema operativo modular se observa:- Los servicios no básicos son ejecutados por procesos- Las comunicaciones son por paso de mensajes

Tiene que estar el proceso del servicio S1 en la misma maquina ?

En un sistema operativo distribuido se observa:- Para modificar o alterar los servicios No se necesita parar la

MAQUINA.- Se consigue: Transparencia, tolerancia a fallos, Sistema mas

abierto.

Objetivo de un SO Distribuido

Integrar en un único sistema los recursos y servicios distribuidos en distintos equipos.Debe gestionar recursos de forma global:- Procesadores - Memoria- Sistema de Archivos- Dispositivos de E/S

Debe ocuparse de las comunicacionesLos mensajes se atrasan o se

pierdenPuede no estar actualizada

Siendo que la informaciónno esta centralizadaEl usuario tiene una visión de sistema centralizado

Procesos de Usuario

Servicios DisponiblesS.O. DistribuidoProcesadores distribuidos

Recursos DistribuidosSistema de

Comunicaciones

Propiedades de los Sistemas Distribuidos

Transparencia Fiabilidad y tolerancia a fallos Escalabilidad Consistencia

Visión de sistema único (Single System Image)


Transparencia El usuario percibirá que el sistema es un único sistema y no varios

compones separados.

Existen ocho formas de transparencia, las que más consideración tienen en un sistema distribuido son: De acceso: no hay preocupación de la distribución de los archivos.

Los programas deben acceder de igual forma archivos locales y remotos.

De localización: Los archivos deben poder cambiarse sin que cambie el nombre.


Fiabilidad Capacidad para realizar correctamente y en todo momento las

funciones para las que se ha diseñado.

Disponibilidad: Medido por la Fracción de tiempo que el sistema está operativo (%) MTBF (Mean Time Between Failures).

Tolerancia a fallos: Capacidad para seguir operando correctamente ante el fallo de alguno de sus componentes.


Debe ser de fácil ampliación sin que para ello los usuarios deban modificar su protocolo de comunicación ni se afecte la EFICIENCIA del sistema.

Escalabilidad

Al crecer un sistema pude tener varios problemas:

HARDWARE

• No se puede añadir mas equipos.

• Dimensionamiento de las direcciones

SOFTWARE

• Se pierden prestaciones,

• Centralización de datos y algoritmos.


Consistencia

Problemas relacionados con la replicaciónLa red de interconexión es una nueva fuente de fallosLa seguridad del sistema es más vulnerable

Problemas para mantener la consistenciaDistribución física: varias copias, cada una con su estadoErrores y/o retardos en las comunicacionesAusencia de reloj global: ¿cómo ordenar eventos?

Para un rendimiento aceptable: relajar consistencia


2.1.1 Sistemas operativos en Red

2.1.2 Sistemas operativos Distribuidos


Servicios Remotos

Un acceso remoto es poder acceder desde una computadora a un recurso ubicado físicamente en otra computadora que se encuentra geográficamente en otro lugar, a través de una red local o externa (como Internet).

En caso de que un usuario solicita el acceso a un archivo remoto: Se localiza el servidor que contiene el archivo mediante un esquema de

nominación apropiada. Se debe efectuar la transferencia de datos para satisfacer la solicitud de

acceso remoto del usuario.

Servicios Remotos

Una de las formas más comunes de servicio remoto RPC, consiste en abstraer el

mecanismo de llamadas a procedimientos para usarse entre sistemas con

conexiones de red.

La llamada a procedimiento remoto es un protocolo que un programa puede

utilizar para solicitar un servicio de un programa ubicado en otro ordenador en

una red sin tener que comprender detalles de la red.

RPC utiliza el modelo cliente / servidor. El programa solicitante es un cliente y el

programa de prestación de servicios es el servidor.

Un RPC es una operación síncrona que necesita que el programa solicitante sea

suspendido hasta que se devuelven los resultados del procedimiento remoto.

2.2 Sistema de Archivos Distribuido

servicio de

archivos

servicio de

directorios

Que son los Sistemas de Archivos Distribuidos ?

Permite a los procesos

Acceso transparente

Archivos

Servidores remotos

Que son los DFS?

Un sistema de archivos distribuidos, (DFS), es una implementación distribuida del clásico modelo de tiempo compartido de un sistema de archivos, donde varios usuarios comparten archivos y almacenan recursos.

Sistema Distribuido: colección de máquinas interconectadas por una red de comunicación.

Recursos locales: recursos con los que cuenta la máquina Recursos remotos: el resto de las máquina y sus recursos Máquina: puede ser una estación o un mainframe Servicio: software ejecutándose en una o más máquinas que

proporcionan un tipo particular de función Servidor: software de servicio en una sola máquina. Un

servidor es un proceso que implementa servicios Cliente: proceso que puede invocar un servicio a través de

un conjunto de operaciones que forman su interfaz de cliente

PUNTOS CLAVES

Que son los DFS?

Las maquinas clientes no tiene en general acceso a los bloques de almacenamiento de forma directa si no que pueden acceder a los datos a través de la red por medio de algún protocolo de red.

Los sistemas de archivos distribuidos almacena archivos en una o más maquinas denominadas servidores y los hace accesibles a otros maquinas denominadas clientes, donde se manipulan como si fueran locales.

Es soportar la misma clase de comportamiento cuando los archivos están dispersos físicamente entre los diversos sitios de un sistema distribuido

• Se caracterizan por:• La utilización efectiva de la memoria caché en el cliente para conseguir

iguales prestaciones o mejores que las de los sistemas de archivos locales• El mantenimiento de la consistencia entre múltiples copias de archivos en las

cachés de los clientes cuando son actualizadas, la recuperación después de un fallo en el servidor o en el cliente,

• Un alto rendimiento en la lectura y escritura de archivos de todos los tamaños.

Arquitecturas: Cómo se organizan?

Arquitecturas Cliente-Servidor

Sistemas de Archivo Distribuidos basados en Cluster

Modelo de Acceso Remoto Modelo de Carga y Descarga

Tendencias de los Sistemas Distribuidos

Usuario

Sistema de Archivos

NFS

CODA

OPEN GFS

GLUSTERFS

Disco

Arquitectura Cliente Servidor (I)

Uno de los sistemas de archivos más populares que trabaja con la arquitectura de acceso remoto es NFS (Network File System).

La idea básica de NFS es que cada servidor de archivos �proporcione una visión estandarizada (interfaz) de su sistema de archivos local, independientemente de la implementación de este último.

El NFS cuenta con un protocolo de comunicación que permite a los clientes acceder a los archivos guardados en el servidor. Luego, es posible que un conjunto heterogéneo de procesos (quizás ejecutándose en máquinas diferentes con SO diferentes) compartan archivos.

Implementación de NFS (I)

Un cliente accede al FS usando la interfaz local

La interfaz de Unix es reemplazada por VFS (Virtual File System)

El VFS es hoy un estándar para comunicarse con Sistemas de Archivo diferentes.

Todos los sistemas operativos modernos proporcionan un VFS

El VFS transfiere las operaciones a un sistema de archivos local o a un servidor remoto.

Replica

Arquitectura de NFS

NFS = Network File System (Originalmente desarrollado por Sun Microsystems en 1984.) Permite compartir datos entre varios ordenadores de una forma sencilla. Es un sistema de archivos distribuido para un entorno de red de área local. Posibilita que distintos sistemas conectados a una misma red accedan a

ficheros remotos ficheros remotos como si se tratara de locales. Soportar un sistema heterogéneo en donde los clientes y servidores podrían

ejecutar distintos S. O. en hardware diverso, por ello es esencial que la interfaz entre los clientes y los servidores esté bien definida.

NFS logra este objetivo definiendo dos “protocolos cliente - servidor”.

Por ejemplo: Un usuario validado en una red no necesitará hacer login a un ordenador específico: vía NFS, accederá a su directorio personal (que llamaremos exportado) en la máquina en la que esté trabajando.

CODA (II)Network File System (Licencia abierta (GPL) Desarrollado en 1987.)

Cuenta con bastantes características muy deseables para un sistema distribuido (especialmente para un clúster)

El cliente es capaz de funcionar sin problemas desconectado del servidor, ya sea porque estamos trabajando en un portátil que desconectamos de la red, por un fallo en la comunicación, o por una caída del servidor.

Replicación automática de servidores. Coda proporciona los mecanismos necesarios para realizar réplicas automáticas entre servidores, y para que los clientes puedan acceder a uno u otro de forma transparente para el usuario si alguno cae.

Modelo de seguridad propio e independiente del sistema operativo para la identificación de usuarios.

Sistemas de Archivos basados en Clúster (II)

Distribución de un archivo entre varios servidores ( Ver figura b) Técnicas de Distribución de Archivos: indican cómo se puede distribuir un archivo �

a través de múltiples servidores. Distribuyendo un archivo grande entre varios servidores es posible buscar sus

diferentes partes en paralelo. Ejemplos: GFS, Lustre �

a) Distribuye todos los archivos a través de varios servidores.b) Repartición de datos en varios discos para acceso en paralelo.

ARQUITECTURA CLUSTER- GLUSTERFS

Es un sistema de archivos de alta disponibilidad y escalabilidad que puede brindar almacenamiento a gran escala (petabytes) a bajo costo (opensource) y manejo de hasta miles de clientes

GlusterFS agrupa dispositivos de almacenamiento a través de la red y maneja la data como si fuese un solo bloque

ARQUITECTURA CLUSTER- GLUSTERFS

Método de acceso a la data: Los volúmenes de Clúster se pueden acceder de diversas maneras

Por NFS para exportar (su desventaja es que la información no es disponible si el servidor NFS se pone en baja)

Por protocolo nativo de Clúster (recomendado). Esta basado en FUSE (Fileystem user space) por lo cual hay que asegurarse que este modulo este cargado en el kernel. FUSE permite levantar el sistema de archivo de Gluster en el user space (espacio de memoria donde trabajan las aplicaciones del usuario)

Algunas aplicaciones comerciales : Gluster Virtual Appliance for Amazon Web Services: Permite el desarrollo de un servidor de almacenamiento basado en Gluster en la nube de Amazon

Sistema de Archivos Distribuido

2.2.1 Nombres y Transparencia

2.2.2 Acceso a Archivos Remotos

2.2.3 Servicios con y sin estado

2.2.4 Replicación de archivos

Nombres y Transparencia

• Servicio uniforme de nombres : Nombres orientados al usuario

• Asociación entre nombre y posición dinámica: Propiedad más

exigente que la transparencia

• Transparencia de la posición: El nombre del objeto no permite obtener

directamente el lugar donde está almacenado

• Independencia de la posición: El nombre no necesita ser cambiado

cuando el objeto cambia de lugar.






Accesos y Archivos Remotos

• La coutilización : Concite en un conjunto de criterios que se toman en cuenta al

momento que un archivo es solicitado por varios usuarios y se desea mostrar las

actualizaciones hechas a este archivo.

Unix: Las modificaciones a un archivo abierto son visibles de inmediato por

los demás usuarios. El archivo tiene una sola imagen.

Por Sesión Las modificaciones a un archivo abierto no son visibles de inmediato por los

demás usuarios. Las modificaciones que sufre un archivo son visibles solo después de que se

cierra un archivo.

Métodos de Accesos y Archivos Remotos

Modelo carga/descarga Transferencias completas del archivo Localmente se almacenan en memoria o discos locales Normalmente Coutilizan por sesión Eficiencia en las transferencias Llamada open con mucha latencia Múltiples copias de un archivo

Modelo de servicios remotos El servidor debe proporcionar todas las operaciones sobre el archivo. Acceso por bloques

Modelo cliente/servidor Empleo de caché en el cliente Combina los dos modelos anteriores.




2.2.3 Servidores con y sin estado


Servidores con Estado

Cuando se abre un archivo, el servidor almacena información y da al

cliente un identificador único a utilizar en las posteriores llamadas Por Ejemplo: La tabla que asocia los descriptores de archivos con

los archivos propiamente dichos. Pueden conocer qué datos están en el cache del cliente (permiten al

cliente mantener copias locales de datos compartidos). Cuando se cierra un archivo se libera la información

Servidores sin Estado

Cuando un cliente envía una solicitud a un servidor, éste la lleva a

cabo, envía la respuesta y elimina de sus tablas internas toda la

información relativa a dicha solicitud. Por ejemplo, no registra si un archivo ha sido abierto previamente. No guarda información del cliente entre solicitudes. No mantiene un

registro de las operaciones que van dejando los clientes Cada solicitud se puede hacer una y otra vez aunque ya se hubiera

hecho anteriormente.

Ventajas Servicios con y sin Estado

Ventajas de los servidores con estado Mensajes de petición más cortos Mejor rendimiento (se mantiene información en memoria) Facilita la lectura adelantada. El servidor puede analizar el patrón de

accesos que realiza cada cliente Ventajas de los servidores sin estado

Más tolerante a fallos No son necesarios open y close. Se reduce el numero de mensajes No se gasta memoria en el servidor para almacenar el estado






Replicación de Archivos

Caché de Bloques: El empleo de cache de bloques permite mejorar el rendimiento Explota el principio de proximidad de referencias:

Proximidad temporal Proximidad espacial

Lecturas adelantadas: Mejora el rendimiento de las operaciones de lectura, sobre todo si

son secuenciales Escrituras diferidas : Mejora el rendimiento de las escrituras

Otros tipos de caché : Caché de nombres de archivos Caché de metadatos (información real) del sistema de archivos


Localización de las Caché en un Sistema Archivos Distribuido Caché en los servidores

Reducen los accesos a disco Caché en los clientes

Reducen el tráfico por la red Reducen la carga en los servidores Mejora la capacidad de crecimiento Dos posibles localizaciones

En discos locales: Más capacidad, más lento, no volátil, facilita la recuperación

En memoria principal: Menor capacidad, más rápido, memoria volátil


Funcionamiento de una Cache de bloques

Cache

Cliente

Cache

Servidor

Disco

Proceso de usuario

read()Buscar bloque.Si no está, reservar uno.

read()Buscar bloque.Si no está, reservar uno.

read()

datos


Tamaño de la memoria cache Mayor tamaño puede incrementar la tasa de aciertos y mejorar la

utilización de la red., pero aumentan los problemas de coherencia En memoria caché grandes, es beneficioso emplear bloques grandes

(8 KB y más) En memorias pequeñas, el uso de bloques grandes es menos

adecuado


Políticas de Actualización: Escritura inmediata (write-through)

Buena fiabilidad En escrituras se obtiene el mismo rendimiento que en el modelo de

accesos remotos Las escrituras son más lentas

Escritura diferida (write-back) Escrituras más rápidas. Se reduce el tráfico en la red Los datos pueden borrarse antes de ser enviados al servidor Alternativas : Volcado (flush) periódico (Sprite) y Write-on-close


El problema de la Coherencia El uso de caché en los clientes de un sistema de archivos introduce el

problema de la coherencia de caché: Múltiples copias.

Solución al problema de la Coherencia No emplear caché en los clientes.: Solución trivial que no permite

explotar las ventajas del uso de caché en los clientes (reutilización,

lectura adelantada y escritura diferida) Accesos remotos sobre una única copia asegura semántica UNIX Empleo de protocolos de coherencia de caché

2.3 Gestion Distribuida de Procesos

Aplicaciones Distribuidas

• Aplicaciones paralelas- Muchas tareas a la vez- Disminuir el tiempo de ejecución

• Aplicaciones distribuidas (motivaciones):- Alto rendimiento: cluster computing- Tolerancia a fallos: replicación, transacciones

‾ Sistemas informáticos bancarios‾ La gestión de la consistencia es crítica

- Alta disponibilidad: caching, mirroring (espejo)‾ Bajo tiempo de respuesta: WWW, sistemas de ficheros.‾ La consistencia es importante, pero no crítica

- Movilidad, ubicuidad

Que es una Aplicación Distribuida ?

Es un aplicación con distintos componentes que se ejecutan en entornos separados, normalmente en diferentes plataformas conectadas a través de la red.

La distribución se refiere a la construcción de software por partes, a cada parte se le asigna una serie de responsabilidades dentro de un sistema.

La distribución habla de que las partes o componentes se ejecutan en diferentes máquinas (física) Separación en Niveles

Que es una AD ?

Programáticamente también es posible separar o agrupar los componentes (lógica). Separación en CAPAS:

• Las capas dentro de una arquitectura son un conjunto de SERVICIOS especializados que pueden ser accesibles por múltiples clientes y deben ser fácilmente reutilizables.

• Cada capa tiene N componentes• Cada componente :

• Es un elemento de software que encapsula una serie de funcionalidades

• Es una unidad independiente que puede ser usado en conjunto otras para formar un sistema mas complejo.

• Esta compuesto por clases o recursos complementarios. Paquete o Modulo

Tipos de AD ?

Aplicaciones Cliente-Servidor: el servidor proporciona y procesa los datos solicitados por el cliente; el cliente maneja la aplicación, y sus funciones son solicitar datos al servidor.

Middleware: Un conjunto de controladores, API u otro software que mejora la conectividad entre las aplicaciones de cliente y un servidor.

Soporte de Hardware (I)

¿Qué se entiende por computador?

Datos

Instrucciones

Un dato a la vez Muchos datos a la vez

Una instrucción a

la vez

SISDarquitecturas Von Neumann clásicas

SIMDprocesadores vectoriales

Muchas instrucciones

a la vez

MISDno se ha implementado

MIMDmultiprocesadores, multicomputadores,

redes

Soporte de Hardware (I)Multiprocesadores

Procesadores con base en busesConstan de cierto número de CPU conectadas a un bus común, junto con un módulo de memoria.Todos los elementos precedentes operan en paralelo.Solo existe una memoria, la cual presenta la propiedad de la coherencia:Las modificaciones hechas por una CPU se reflejan de inmediato en las subsiguientes lecturas de la misma o de otra CPU.El problema de este esquema es que el bus tiende a sobrecargarse y el rendimiento a disminuir drásticamente; la solución es añadir una memoria caché de alta velocidad entre la CPU y el bus:El caché guarda las palabras de acceso reciente.Todas las solicitudes de la memoria pasan a través del caché.

Soporte de Hardware (I)Multiprocesadores

Procesadores con conmutadorEl esquema de multiprocesadores con base en buses resulta apropiado para hasta aproximadamente 64 procesadores. Para superar esta cifra es necesario un método distinto de conexión entre procesadores (cpu) y memoria.Una posibilidad es dividir la memoria en módulos y conectarlos a las cpu con un “conmutador de cruceta” (cross-bar switch):

• Cada cpu y cada memoria tiene una conexión que sale de él.• En cada intersección está un “conmutador del punto de cruce” (crosspoint switch)

electrónico que el hardware puede abrir y cerrar:• Cuando una cpu desea tener acceso a una memoria particular, el conmutador del

punto de cruce que los conecta se cierra momentáneamente.• La virtud del conmutador de cruceta es que muchas cpu pueden tener acceso a la

memoria al mismo tiempo. Aunque no a la misma memoria simultáneamente.• Lo negativo de este esquema es el alto número de conmutadores: para “n” cpu y

“n” memorias se necesitan “n” x “n”

Soporte de Hardware (II)

MIMD: grado de acoplamiento e interconexión

grado de acoplamiento

interconexión

memoria física compartida

espacios de memoria física independientes

bus compartido multiprocesadores multicomputadores, redes LAN

red de interconexión multiprocesadoresUMA y NUMA

multicomputadores, redes WAN (Internet)

Soporte de Hardware (II)Multiprocesadores

Procesadores Conectados por redes Lan Computadores de memoria distribuidas son muy utilizadas. Precisa de red de interconexión entre los procesos. Los procesadores tienen su propia memoria local y esta memoria está

dirigida únicamente por el procesador local, de este modo un procesador no puede acceder a la memoria de otro equipo directamente.

Cada procesador funciona de manera independiente de los otros. Cuando un procesador necesita acceder a los datos que se encuentra

en la memoria de otro procesador, este acceso es a través de la red de interconexión de estas máquinas mediante el intercambio de mensajes. Esta red puede ser una red dedicada, o incluso una red ETHERNET sencilla.

Soporte de Hardware (II)Multicomputadoras

Intranet Típica

the rest of

email server

Web server

Desktopcomputers

File server

router/firewall

print and other servers

other servers

print

Local areanetwork

email server

the Internet

Redes Lan/Wan

Red RedIRIS


2.3.1 Migración de procesos

2.3.2 Estados globales distribuidos

2.3.3 Gestión distribuida de procesos – exclusión Mutua

2.3.4 Interbloqueo distribuido

Gestión Distribuida de Procesos

Un proceso es un programa en Ejecución

Si dos procesos se solapan en el tiempo

Sobre un procesador Sobre Varios procesadores

Multiprogramación Ejecución en Paralelo

Memoria Compartida Unidos por una red

Sistema Multiprocesador Procesamiento Distribuido

La gestión distribuida de procesos distribuye los recursos de proceso entre todos los procesos de la red

Debe ofrecer medios para realizar operaciones con procesos locales y remotos

Debe minimizar los tiempos globales de respuesta

Reparto de la carga

- Ejecución remota- Migración

Asignación de Procesadores

Para planificación entre máquinas compatibles1. Algoritmos Deterministas/Heuristicos : Son apropiados si se pueden predecir

o se conocen todos los datos, caso contrario no es adecuado.2. Algoritmos Centralizados/Distribuidos: Mejor alternativa, Menos robusto,

sobrecarga del nodo central, mas fácil.3. Algoritmos Óptimos/Cuasi-Optimos: Es mucho mas trabajoso porque no será

suficiente una solución buena simplemente.4. Política de transferencia:

- Donde crear un proceso? Equipo local o remoto- Como se toma la decisión? Según la carga local y global- Algoritmos globales son levemente mejor pero a un coste mayor.

5. Política de Ubicación- En caso de ejecución remota . ¿a qué procesador se envía el proceso?- Esta política debe ser global, ya que se requiere información del nivel de

carga de los demás procesadores.

Gestión Distribuida de Procesos

A continuación se analizaran algunos mecanismos clave utilizados en los sistemas operativos distribuidos:

1. La migración de procesos, que es el movimiento de un proceso activo de una máquina a otra.

2. El cómo procesos en diferentes sistemas pueden coordinar sus actividades cuando cada uno está gobernado por un reloj local y cuando hay un retardo en el intercambio de información.

3. La exclusión mutua4. El interbloqueo

Migración de Procesos

La migración de procesos es la transferencia de suficiente cantidad del estado de un proceso de

un computador a otro para que el proceso ejecute en la máquina destino.

La migración de procesos con la capacidad de expulsar un proceso en una máquina y reactivarlo posteriormente en otra (expulsiva) es posible, aunque con una sobrecarga y

alta complejidad. Este coste llevó a que algunos observadores concluyesen que la migración de procesos no

era práctica. Actualmente existen nuevos desarrollos en esta área.


La migración de procesos es deseable en sistemas distribuidos por:

• Compartición de carga. Moviendo procesos de un sistema muy cargado a otro poco cargado, la carga puede equilibrarse para mejorar el rendimiento global. Datos empíricos sugieren que son posibles mejoras del rendimiento.

• Disponibilidad. Se puede necesitar que los procesos de larga duración se muevan para sobrevivir en el caso de fallos que puedan ser conocidos anticipadamente o anticipándose a paradas del sistema planificadas. Si el sistema operativo proporciona la información, un proceso que desea continuar puede bien migrar a otro sistema o asegurarse que podrá re arrancarse en el sistema actual en algún momento posterior.

• Rendimiento de las comunicaciones. Los procesos que interaccionan intensivamente pueden llevarse al mismo nodo para reducir el coste de las comunicaciones mientras dure su interacción.


Mecanismos de la migración:• ¿Quién inicia la migración?

• ¿Qué parte del proceso se migra?

• ¿Qué sucede con los mensajes y señales pendientes?

• Depende del objetivo del servicio de la migración.• Este modulo es el responsable de expulsar o indicar el proceso que

va emigrar.• Si el objetivo es llegar a un recurso en especifico, el procesos puede

migrar por si mismo según la necesidad

Al ser este un movimiento se lo destruye en el sistema origen y lo crea en el destino. Se mueve la imagen del proceso mismo junto con su bloque de control.

Cuando el proceso migra por si solo selecciona la maquina destino y le envía un mensaje de tarea remota. El mensaje lleva la imagen del proceso y la información de archivos abiertos.






Estados Globales DistribuidosConceptos Básicos

Canal. Existe un canal entre dos procesos si intercambian mensajes. Los canales son caminos por los cuales el mensaje se

transfiere. Este es unidireccional por lo que al intercambiar mensajes los procesos necesitan al menos 2 canales.

Estado. Es la secuencia de mensajes que se haya enviado y recibido a

través de los canales que llegan al proceso

Instantánea. Una instantánea registra el estado de un

proceso. Cada instantánea incluye un registro de todos los

mensajes enviados y recibidos en todos los canales desde la

última instantánea.

Estados Globales DistribuidosConceptos Básicos

Estado Global. Estado combinado de todos los procesos.

Instantánea Distribuida Es un conjunto de instantáneas una para

cada proceso

Estados Globales Distribuidos

Las estrategias de diseño en estas áreas se complican por el hecho de que no existe un estado global del sistema. Esto es, no es posible para el sistema operativo ni para ningún proceso, conocer el estado actual de todos los procesos en un sistema distribuido.

Se puede intentar definir un estado global recolectando instantáneas de todos los procesos. una

instantánea distribuida puede indicar que un mensaje se ha recibido pero todavía no se ha enviado.

El Algoritmo de Instantánea DistribuidaUn algoritmo de instantánea distribuida registra un estado global consistente. El algoritmo asume que los mensajes se entregan en el orden en que se envían y que no se pierden mensajes. Un protocolo de transporte fiable (ej., TCP) satisface estos requisitos. El algoritmo hace uso de un mensaje de control especial denominado marcador. El algoritmo termina para un proceso una vez que ha recibido el marcador de cada canal entrante:

Estados Globales Distribuidos

G =(S,L)S ={ S1 ,S2 ,S3 .. Sm Estado interno de M procesadoresL ={ L i,j | | i,j E 1 .. M Estado de los canales unidirecc. C i,j entre procesadores. El estado del canal son los mensajes en el encolados






Gestión distribuida de procesos exclusión mutua

Si dos o mas procesos compiten por el uso de los recursos del sistema, es necesario un mecanismo

que haga cumplir la exclusión mutua

Para el uso exitoso de la concurrencia entre procesos es necesaria la

capacidad de definir secciones críticas y hacerlas cumplir

La exclusión mutua debe hacerse cumplir: en un instante dado, solo deja entrar un proceso a una sección critica para el mismo recurso u

objeto compartido.

Un proceso solo puede estar en la

sección critica durante UN tiempo

Gestión distribuida de procesos – exclusión mutua

Los sistemas de exclusión mutua pueden ser centralizados o distribuidos.1. Centralizado (sencillo)

El nodo de control es el que aprueba una petición de un recurso hasta que sea liberado

Problema: Si falla no funcionan las asignaciones, puede llegar a ser como cuello de botella.

2. Distribuido: • Todos los nodos disponen de una cantidad igual de información, por termino medio.• Cada nodo tiene una representación parcial del sistema total, esto para tomar decisiones• Todos los nodos tienen igual responsabilidad en la decisión final.

Problema: No existe un reloj común para regular los sucesos y hacen mas difícil idear ALGORTMOS

DISTRIBUIDOS de exclusión mutua e Interbloqueo






Interbloqueo Distribuido

El manejo del interbloqueo se complica en un sistema distribuido porque ningún nodo tiene conocimiento preciso del estado actual del sistema global y porque la transferencia de cada mensaje entre procesos involucra un retardo impredecible.La literatura ha prestado atención a dos tipos de interbloqueo distribuido: aquellos que surgen en la ubicación de recursos, y aquellos que surgen con la comunicación de mensajes.

En los interbloqueos por recursos, los procesos intentan acceder a recursos, tales como objetos en una base de datos o recursos de E/S en un servidor; el interbloqueo sucede si cada proceso de un conjunto de procesos solicita un recurso que tiene otro proceso del conjunto.

En los interbloqueos en comunicaciones, los mensajes son los recursos por los cuales esperan los procesos; el interbloqueo sucede si cada proceso de un conjunto está esperando un mensaje de otro proceso en el conjunto y ningún proceso en el conjunto envía nunca un mensaje.

Interbloqueo Distribuido

Este fenómeno se produce debido a:1. Exclusion mututa: Solo 1 procesos puede usar 1 recurso en 1 instante.2. Retencion y espera: Un proceso puede usar los recursos asignados mientras

espera se le asigne otros.3. No expulsión: No se puede quitar un recurso a un proceso q lo esta

utilizando.4. Circulo visioso de espera: Existe una cadena cerrada de procesos, tal que

cada procesos retiene al menos un proceso que necesita el siguiente proceso de la cadena.

El manejo del interbloqueo es complicado pero se puede:5. Prevenir6. Predecir7. Detectar

Algoritmo de la cola distribuida

• Debido a la falta de un reloj común o sincronizador se propuso el método : Registro de tiempo o Marca de Tiempo.

• El esquema de marca de tiempo busca ordenar los sucesos (mensajes de envió no recepción).

• Para logar la gestión se ha de utilizar algoritmos tales como: Cola Distribuida y el Paso de Testigo.

Algoritmo de la cola distribuida

Supuestos Cumple conSe tienen N nodos numerados en forma única

Exclusión mutua: Las solicitudes de entrada en la sección crítica se manejan de acuerdo al orden de los mensajes impuesto por el mecanismo de marcas de tiempo

Los mensajes de un proceso a otro se reciben en el mismo orden en que fueron enviados

Equidad: Al estar ordenados por marcas de tiempo, todos tienen igual oportunidad.

Cada mensaje es entregado en un tiempo finito.

No hay Interbloqueo: Debido a que las marcas de tiempo son de forma consistente no puede ocurrir un interbloqueo.

Los mensajes son enviados en forma directa sin proceso intermedios.

No hay Inanición: Una vez se hubiera terminado una sección critica el proceso emitirá el mensaje de Liberación..

Algoritmo de Cola Distribuida

2.4 Sistema de Ejecución Distribuida


2.4.1 Soporte de software distribuido con Middleware

2.4.2 Programas de aplicación distribuidos clásicos

2.4.3 Soporte middleware => programación distribuida clásica

2.4.4 Programación distribuida en el WEB

Ejecución Remota

Estación Local Estación RemotaProgram

aServicio Remoto

Estación Remota

ImagenProgram

aEjecución Remoto

Cuándo es Conveniente- Reparto General Menor tiempo global de ejecución - Mejorar tiempo de ejecución en aplicaciones paralelas- Cuando se requieren servicios especiales- Volumen de datos remotos de entrada tamaño del proceso local

Requisitos- Debe existir algún mecanismo de informe del estado de la carga- Un proceso remoto puede abandonar la ejecución

Estación LocalProgram

a

Soporte de software distribuido con middleware

El software distribuido requerido para facilitar las interacciones cliente-servidor se denomina middleware.

El acceso transparente a servicios y recursos no locales distribuidos a través de una red se provee a través del middleware, que sirve como marco para la comunicaciones entre las porciones cliente y servidor de un sistema.

El middleware define: el API que usan los clientes para pedir un servicio a un servidor, la transmisión física de la petición vía red, y la devolución de resultados desde el servidor al cliente.

Ejemplos de middleware estándar : ODBC, para bases de datos, Lotus para groupware, HTTP y SSL para Internet y CORBA, DCOM y JAVA RMI para objetos distribuidos.

El middleware fundamental o genérico es la base de los sistemas cliente-servidor.


Servicio Comunicación

Servicio Acceso a

datos

Servicio de Planificación de ejecución

Servicio de Seguridad

Servicio de Directorio



MOM

RPC DTPM

ORB

Para base de datos

Tipos Middleware

La Web


Si dos aplicaciones se quieren comunicar, hay que resolver la comunicación entre los procesos.

Si las aplicaciones se conectan directamente a software de red, entonces no se necesita Middleware: Este enfoque dificulta el desarrollo de las aplicaciones: Puesto que se deben programar módulos de bajo nivel y esto se hace repetitivo para cada aplicación a conectar.

El software de Middleware permite realizar esta conexión a través de interfaces de alto nivel. A manera de ejemplo la invocación remota de un procedimiento, puede realizarse como si fuera local.




2.4.3 Soporte middleware => programación distribuida clásica


Programas de aplicación distribuidos clásicos

Una aplicación distribuida que sigue el modelo cliente-servidor tiene:• Lado servidor: Programa que se ejecuta en un computador que está conectado

a una red. Esta a la escucha en un puerto, esperando las peticiones de los clientes; por ejemplo, un servidor Web escucha en el puerto 80.

• Lado cliente: Programa que ejecuta el usuario de la aplicación. El cliente hace sus peticiones al servidor a través de la red. Por ejemplo, un navegador Web.

Protocolo de aplicación propicia la comunicación entre el cliente y el servidor. El protocolo define el tipo de mensajes intercambiados: Por ejemplo, el protocolo de la capa de aplicación de la Web, HTTP, define el

formato y la secuencia de los mensajes transmitidos entre el navegador y el servidor Web.

Algunas de las aplicaciones distribuidas más conocidas son: Remote login Correo electrónico Navegación Web.




2.4.3 Programación distribuida clásica


Programación DistribuidaArquitectura a 3 capas

Programación DistribuidaArquitectura a 4 capas

Capa de NegocioSi nos quedamos con 2 capas, seria muy

complicado tener que crear aplicaciones por separado sistemas operativos distintos

Soporte middleware

Soporte middleware

Soporte middleware

Soporte middleware




2.4.3 Programación distribuida clásica


Programación distribuida en el WEB



Un servicio web (en inglés, Web Service o Web services) es una tecnología que utiliza un conjunto de protocolos y estándares que sirven para intercambiar datos entre aplicaciones.

Distintas aplicaciones de software desarrolladas en lenguajes de programación diferentes, y ejecutadas sobre cualquier plataforma, pueden utilizar los servicios web para intercambiar datos en redes de ordenadores como Internet.

La interoperabilidad se consigue mediante la adopción de estándares abiertos.

Instalar y configurar un clúster OPEN

Taller 4

• Los clúster se presentan como una solución económica viable para obtener una gran capacidad computacional.

• En junio de 2005, el 60,8% de los 500 computadoras más veloces del mundo eran clúster.

• En nuestro país existe una gran cantidad de equipos que se dan de baja o se dejan de usar por que se consideran obsoletos; sin embargo, podrían usarse para construir un clúster que presente características de procesamiento realmente buenas, y el costo involucrado en la construcción sería relativamente bajo.

• La aplicación desarrollada fue concebida con la intención de demostrar las bondades del clúster. Utilizando el lenguaje C++ y la librería de paso de mensajes MPI, esta aplicación permite resolver Cadenas de Markov que involucran resolución de sistemas de ecuaciones, y operaciones entre matrices (multiplicación, potencia), haciendo uso de la capacidad computacional que el clúster ofrece.

Sistemas Operativos. Willian Stallings. 5ta Ed. http://www.dia.eui.upm.es/Asignatu/Sis_dis/Paco/SOD.pdf

Fuente de Datos

http://www.dia.eui.upm.es/Asignatu/Sis_dis/Paco/SOD.pdf

Education

Cap2. sis dist pub