Evolução e Definição de Sistemas Distribuídos
Um pouco de história · Definições clássicas · Desafios dos sistemas distribuídos modernos
Um pouco de história
- 1945 … ~1985
- Computação centralizada
- Computadores grandes e caros
- Já existiam sistemas com distribuição de processamento
- Múltiplos processadores
- Basicamente de controle centralizado
- Baixa (nenhuma) interação e conectividade
O ENIAC
Criado pelos engenheiros John Eckert e John Mauchly na Universidade da Pensilvânia durante os anos de 1937-1943, o ENIAC tinha como objetivo principal computar dados balísticos de artilharia em altas velocidades para ajudar as tropas aliadas na Segunda Guerra Mundial. No entanto, o ENIAC só foi concluído após o fim da guerra, sendo então utilizado nos primeiros anos da Guerra Fria, tendo contribuído para o projeto da bomba de hidrogênio.
O ENIAC pesava cerca de 30 toneladas e ocupava cerca de 180m², era tão grande que tinha de ser disposto em U com três painéis sobre rodas, para que os operadores pudessem se mover em torno dele. Foram gastos cerca de US$ 500.000,00 em sua construção.
Evolução
Durante esse período aconteceu uma evolução tecnológica sem precedentes, com mudanças radicais:
- ↑ capacidade de processamento
- ↓ custo ($)
O que gerou uma evolução contínua:
- ↑ capacidade de processamento e desempenho de redes
- ↓ custos
Durante a década de 1980, um novo conceito surgiu:
- Redes de computadores (locais)
- Facilitar a comunicação entre computadores
- Microprocessadores → PC
- Aumento no número de computadores
Já no início dos anos 90:
- Sistemas abertos
- Interoperabilidade
Sistemas abertos e a Internet dos anos 90
Sistemas abertos são aqueles projetados com base em padrões abertos e interoperáveis, permitindo que diferentes componentes, desenvolvidos por fornecedores distintos, trabalhem juntos de maneira integrada. Ex.: POSIX, TCP/IP, HTTP, LDAP, HTML, APIs.
Ainda nos anos 90 teve início uma evolução das redes de larga escala: redes públicas (governamentais), a Internet, e a queda do custo de conexão, impulsionada pelos computadores pessoais. Setores inteiros passaram a depender dessa infraestrutura: finanças e comércio (e-commerce, online banking), a sociedade da informação (motores de busca, Wikipédia, redes sociais), indústrias criativas e educação (jogos online, conteúdo gerado por usuário), saúde (informática em saúde, monitoramento de pacientes), transporte e logística (GPS, mapas), ciência (grades computacionais para colaboração) e gestão ambiental (sensoriamento de terremotos, enchentes, tsunamis).
Definição de Sistemas Distribuídos
Tanenbaum
"... is a collection of independent computers that appear to the users of the system as a single computer."
Coulouris
"... hardware or software components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by passing messages."
Os principais desafios dos sistemas distribuídos atuais estão em:
- Sistemas abertos
- Heterogeneidade
- Segurança
- Escalabilidade
- Tratamento de falhas
- Concorrência
- Transparência
- Qualidade de serviço
Livros de referência
COULOURIS, G.; DOLLIMORE, J.; KINDBERG, T.; BLAIR, G. Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2013.
TANENBAUM, A. S.; VAN STEEN, M. Distributed Systems: Principles and Paradigms. 4. ed. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall, 2023.
Desafios dos Sistemas Distribuídos Modernos
Sistemas abertos
- Pode ser estendido ou reimplementado.
- Compartilhamento de recursos, disponibilizados a vários clientes.
- Especificação das interfaces publicadas e disponíveis (RFC/IETF, W3C...).
- Sistemas distribuídos abertos são projetados com padrões públicos e comunicação uniforme.
- Uso de hardware ou software heterogêneo, com independência de fornecedores.
Heterogeneidade
Fontes de heterogeneidade:
- Rede
- Hardware
- Sistemas operacionais
- Linguagem de programação
- Implementações
- Representação de dados
Como é mascarada:
- Middleware: camada de software que mascara a heterogeneidade, fornecendo um modelo computacional uniforme.
- Migração/mobilidade de código: programas transferidos e executados em outro local, como máquinas virtuais de processo (JVM, CLR), JavaScript.
Segurança
- Enviar dados sigilosos, em uma ou mais mensagens, de forma segura.
- Informações compartilhadas de alto valor exigem:
- Confidencialidade: acessos autorizados.
- Integridade: alteração dos dados.
- Disponibilidade: interferência de acesso.
- Autenticidade: é realmente quem diz ser.
- Desafios em aberto: negação de serviço (DoS), segurança de código móvel.
Escalabilidade
- Funcionamento efetivo e eficaz em escalas diferentes de componentes (rede local, intranet, Internet…).
- Escalável: permanece eficiente mesmo com aumento significativo de recursos ou usuários.
- Desafios de projeto para crescer:
- Controlar o custo de acesso aos recursos: replicação.
- Controlar a perda (gargalo) de desempenho: estruturas e algoritmos hierárquicos ou descentralizados.
- Impedir que os recursos se esgotem: IPv6.
Tratamento de falhas e redundância
- Falhas em sistemas distribuídos são parciais, particularmente difíceis.
- Detecção de falhas: gerenciar a ocorrência de falhas que não podem ser detectadas; algumas podem ser detectadas por checksum.
- Mascaramento de falhas: retransmissão de mensagem ou armazenamento replicado.
- Tolerância a falhas: fornecer o serviço na presença de falhas (ex.: timeout de webserver).
- Recuperação de falhas: projetar software que possa recuperar o estado de dados permanentes (rollback).
Redundância é a regra para tornar serviços tolerantes a falhas:
- Existir mais de uma rota para comunicação.
- Replicação de tabelas, componentes de hardware ou bancos de dados.
- Sistemas distribuídos buscam alto grau de disponibilidade em falhas de hardware através de grande redundância.
Concorrência
- Suporte a concorrência por meio de processos ou threads concorrentes.
- Acesso compartilhado a vários recursos exige controle de acesso e conteúdo.
- Recursos em um SD devem ser projetados para operar de forma segura, prevendo os casos e impedindo perda de recursos por acesso compartilhado.
Transparência
- Ocultar a separação dos componentes de um sistema distribuído.
- O sistema deve ser percebido como um todo, e não como uma coleção de recursos, tanto para usuários finais quanto para programadores de aplicativos.
- A transparência possui grande influência sobre o projeto do software em um sistema distribuído.
Qualidade de serviço
- Principais propriedades não funcionais: confiabilidade, segurança, desempenho.
- Aspectos importantes na qualidade de serviço:
- Adaptatividade: atender sistemas variáveis.
- Disponibilidade: de recursos.
- Aplicativos manipulam informações em relação ao tempo: QoS busca satisfazer os prazos finais.
Compartilhamento de recursos
- Usuários estão acostumados com o compartilhamento de recursos (impressoras, arquivos, mecanismos de busca...).
- Hardware: redução de custos.
- O foco maior está nas abstrações de mais alto nível: informações necessárias ao trabalho, aplicações ou atividades sociais.
- Padrões de compartilhamento variam: acesso a busca na web, trabalho colaborativo apoiado por computadores.
O termo "serviço" é utilizado como parte de um sistema computacional que gerencia recursos:
- Serviço de sistema de arquivos.
- Serviço de impressão.
- Serviço de pagamento eletrônico.
Acesso ao serviço se dá pelas operações que ele fornece (exporta): leitura, escrita, exclusão (caso de arquivos). Os recursos ficam encapsulados dentro de computadores, acessíveis de outros por uma interface de comunicação.
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