11 Tipos De Sistemas Distribuidos - Eafranco

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11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos eInvestigación 011Prof. Edgardo Adrián Franco Martínezhttp://computacion.cs.cinvestav.mx/ efrancoefranco.docencia@gmail.comEstructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco)

Introducción Sistemas distribuidos de cómputo Sistemas de cómputo en clúster Sistemas de cómputo en grid Sistemas distribuidos de información Sistemas de procesamiento de transacciones Integración de aplicaciones empresariales Sistemas distribuidos masivos (Embebidos)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01ContenidoContenido Sistemas caseros Sistemas electrónicos para el cuidado de la salud Redes de monitoreo Investigación 012

Una clasificación altamente reconocida paralos sistemas distribuidos es: Sistemas distribuidos de cómputo Sistemas distribuidos de información Sistemas distribuidos masivos o embebidosSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01IntroducciónIntroducción3

Clase de sistemas distribuidos utilizada pararealizar tareas de cómputo de altorendimiento. Computo en clusterSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo Cómputo en malla (grid)4

Sistemas de cómputo en cluster Los sistemas de cómputo en cluster adquirieronpopularidad cuando mejoro la relación preciorendimiento de las computadoras personales ylas estaciones de trabajo. Se volvió económico la construcción de omputadorassimples(homogeneas) ubicadas dentro de una red dealta velocidad.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo5

En virtualmente todos los casos, la computaciónen cluster se utiliza para la ejecución deaplicaciones paralelas, donde un solo programa(de cálculo intensivo) corre paralelamente enmúltiples máquinas.Nodo maestroAplicación deadministraciónBibliotecas enparaleloSO localNodo de cómputoNodo de cómputoNodo de cómputoComponente dela aplicación enparaleloComponente dela aplicación enparaleloComponente dela aplicación enparaleloSO localSO local Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputoSO local6Acceso remoto ala redRed estándarRed de alta velocidad

Un ejemplo muy conocido de computadoracluster, es la formada por clústeres basados endistintas distribuciones de Linux (e.g. Beowulf*Hasta 2007). Cada cluster consta de una colección de nodosde cómputo controlados, y se accede a ellosmediante un solo maestro. El nodo maestro manipula la ubicación de lasnodos para el programa paralelo i.e. mantienenuna cola de procesamiento por lotes de trabajosenviados y proporciona una interface para losusuarios del sistema.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo7

Realmente el nodo maestro ejecuta unmiddleware necesario para la ejecución delos programas y la administración del cluster. Una parte importante del middleware estáformada por las bibliotecas necesarias para laejecución de programas (bibliotecas deinterfaz de paso de mensajes generalmente). También existen otro tipo de herramientascomo MOSIX para intentar proporcionar unaimagen de sistema único del cluster. *Investigación 01.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo8

Sistemas de cómputo en grid Una característica de los clústeres es lahomogeneidad (mismo sistema operativoconectadas a la misma red). Por el contrariolos sistemas basados en grid tienen un altogrado de heterogeneidad (no se establecencaracterísticas especificas de hardware,sistemas operativos, redes, dominiosadministrativos, políticas de seguridad, etc.)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo9

El propósito de un sistema de cómputo engrid es reunir los recursos de diferentesorganizaciones para permitir la colaboraciónde un grupo de personas o instituciones. Tal colaboración se realiza de en la forma deuna organización virtual. La gente quepertenece a la misma organización virtualtiene derechos de acceso a los recursos queproporciona la organización. Los recursos generalmente constan deservidores (incluso supercomputadoras).Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo10

Facilidades de almacenamiento Bases de datos Cómputo de alto rendimiento Telescopios Sensores Etc.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo11

Arquitectura en capas para sistemas decómputo en gridAplicacionesCapa colectivaMiddlewareCapa de conectividadCapa de recursosSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputoCapa de fabricación12

Capa de fabricación: Proporciona interfacespara recursos locales ubicados en un sitioespecifico. (Consultar estado y capacidades de un recurso) Capa de conectividad: Consiste en protocolosde comunicación para dar soporte a lastransacciones del grid que abarca el uso demúltiples recursos. (Protocolos necesarios para transferir datosSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputoentre los recursos o acceder a un recurso remotamente) Capa de recursos: Es responsable de laadministración de un solo recurso. (Control deacceso, autentificación creación de procesos de lectura y escritura)13

Capa de colectiva: Se encarga de manipular elacceso a múltiples recursos y, por lo generalconsta de servicios para descubrir recursos,ubicación y calendarización de tareas dentrode múltiples recursos y replicación de datos.(Protocolos para la organización virtual de los recursos) Capa de aplicaciones: Consta de aplicacionesque operan dentro de una organizaciónvirtual y hacen uso del ambiente de cómputoen grid.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo14

Por lo general, las capas colectiva, deconectividad, y de recursos forman el núcleode lo que podríamos llamar una capa gridmiddleware. Juntas, estas capas proporcionanacceso y administración de los recursos queestán potencialmente dispersos a través demuchos sitios. (Idea de un solo sitio o unidadde administración común).Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo15

El cómputo grid se basa en Arquitecturasorientadas a servicios SOASistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo16

Ejemplos de cómputo grid (*Investigación 01)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos cómputoSistemas distribuidos de cómputo17

Son sistemas organizacionales y corporativos,los cuales implican la conjunción deaplicaciones que inter-operan gracias a unared. Inicialmente los sistemas constaban de unequipo que ejecutaba un servidor (confrecuencia servidor de base de datos) y deprogramas remotos llamados clientes. Dichosclientes son capaces de enviar peticiones yrecibir respuesta de servidor.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación18

La integración a nivel más bajo y sencillo serealizaba registrando en los programas clientecierto número de peticiones dirigidas a distintosservidores y dentro de una petición más grandeejecutarla como una transacción distribuida. Laidea clave era que todas, o ninguna pudiera serejecutada. Mientras más sofisticadas se hicieron lasaplicaciones, se fueron separando de maneragradual en componentes independientes(distinguiendo entre los componentes de basede datos y los componentes de proceso).Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación19

La integración de los componentes de basesde datos y de procesos implica que noobstante que se encuentran separados, existecomunicación entre los componentes. Lo anterior a generado una industria desistemas que se concentra en la integraciónde sistemas empresariales.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación20

Las nuevas plataformas informáticas Uno de los grandes impulsores de la creciente diversidad de herramientaspara la gestión de la empresa, han sido y son las nuevas formas deinteraccionar entre diversas plataformas informáticas heterogéneas, lo quese denomina como arquitectura orientada a servicios (Middleware). Estas posibilitan que los sistemas de gestión empresariales puedan estarsegmentados por módulos, cada uno de ellos con una funciones específicas yprogramados con los lenguajes más adecuados para su trabajo."El gran reto de la informática de los inicios del siglo XXI es poder interaccionar ointercambiar información con cualquier elemento fijo o movible, a granvelocidad y poder tomar decisiones on Edge y sin intervención humana. Laintroducción de datos en los sistemas informáticos no aportan valor alproducto."Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación21

Sistemas de procesamiento de transacciones Gran parte de los sistemas distribuidos deinformación se caracterizan por la necesidadde realizar operaciones transaccionales. Programar utilizando transacciones requiereprimitivas de transacción especiales quedeben ser proporcionadas ya sea por elsistema distribuido subyacente o por unlenguaje del sistema en tiempo de ejecución.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación22

Ejemplo de primitivas de transacciónPrimitivaDescripciónBEGIN TRANSACTIONMarca el inicio de unatransacciónEND TRANSACTIONTermina la transacción eintenta continuarABORT TRANSACTIONFinaliza la transacción yrestablece los viejos valoresREADLee los datos desde un archivouna tabla, u otra fuenteWRITEEscribe los datos en un archivouna tabla, o en otra fuenteBEGIN TRANSACTIONyEND TRANSACTION Delimitan el alcancede una transacciónUna característica deuna transacción esque se ejecutan todassus operaciones o nose ejecutan.(Atómica)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación23

La propiedad todo o nada de una transacción es unade las cuatro características que tienen lastransacciones. (ACID)1. Atómicas: para el mundo exterior, la transacción esindivisible.2. Consistentes: la transacción no viola sistemasinvariantes. (E.g. sistema bancario "Ley de conservación del dinero" .Por un momento al realizar la transacción se viola pero una vez afuera deella la cantidad de dinero se conserva)3. Aisladas o en serie: las transacciones concurrentes nointerfieren entre sí. (i.e. si dos o mas transacciones se estánSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformaciónejecutando al mismo tiempo, para cada una de ellas y para otrosprocesos, el resultado final luce como si las transacciones se hubieranrealizado en secuencia "con orden según el sistema")4. Durables: una vez que se confirman una transacción,los cambios son permanentes.24

Una transacción anidada se construye a partir decierta cantidad de subtransacciones. La transacción de más alto nivel puede dividirseen subprocesos hijos que se ejecutan en paraleloentre sí, en diferentes máquinas, para mejorar elrendimiento o simplificar la programación.Transacción anidadaDos bases dedatos diferentes(independientes)SubstrasacciónSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformaciónSubstrasacción25Base de datosde la aerolíneaBase de datosdel hotel

Las subtransaccionesproblema:danlugaraun Unatransaccióniniciadiversassubtransacciones en paralelo. Una de ellas se confirma. La transacción padre aborta y restablece todoel sistema en el estado que tenía antes. "Los resultados de la subtransacciónconfirmada deben de deshacerse" "Es necesaria una buena administración paralograr que todo salga bien"Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación26

En los sistemas distribuidos, lassubtransaccionesanidadassonimportantes para que se proporcionen unaforma natural de distribuir un transaccióna través de varias maquinas. Las transacciones anidadas siguen unadivisión lógica del trabajo de latransacción original.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación27

En los inicios de los sistemas middlewareempresariales, el componente que manejabatransacciones distribuidas (o anidadas)conformaba la parte central para integraraplicaciones al nivel servidor o de base dedatos, se le llamaba monitor deprocesamiento de transacciones o monitorTP. Su tarea principal era permitir el acceso amultiplesservidores/basededatosofreciendo un modelo de programacióntransaccional.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación28

Rol de un monitor TP en sistemas RespuestaAplicaciónclienteRespuestaMonitor temas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformaciónServidor29

Integraciónempresarialesdeaplicaciones Conformelasaplicacionesfuerondesligándose de las bases de datos, lanecesidaddeintegraraplicacionesindependientes de sus bases de datos sevolvió más evidente. Los componentes de las aplicaciones debíanser capaces de comunicarse entre sí demanera directa y no sólo mediante uncomportamiento de petición-respuesta.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación30

Middleware como facilitador de la comunicación al integrar iónclienteComunicación middlewareAplicacióndel ladoservidorAplicacióndel ladoservidorSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformaciónAplicacióndel ladoservidor31

Existen diversos tipos de comunicaciónmiddleware Llamadas a procedimiento remotos (RPC) Invocaciones a métodos remotos (RMI)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos de informaciónSistemas distribuidos deinformación Middleware orientado a mensajes (MOM)*Publicación-suscripción (*Investigación 01)32

Los tipos de sistemas distribuidos previos secaracterizan por su estabilidad (nodos fijos,conexión más o menos permanente y fija auna red). Con los dispositivos de cómputo móviles yembebidos. Ahora nos enfrentamos a consistemas distribuidos en los cuales lainestabilidadeselcomportamientopredeterminado. Este tipo de sistemas entra dentro del tipo demasivos o embebidos.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)33

Tal como lo sugiere su nombre, un sistemamóvil distribuido es parte de nuestro entorno(ycomotal,estáinherentementedistribuido). Una característica importante essu carencia general de control administrativohumano. En el mejor de los casos, losdispositivos son configurados por suspropietarios, ya que de otro modo necesitandescubrir automáticamente su ambiente y"adaptarse" de la mejor manera posible.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)34

Requerimientos de las aplicaciones móviles Incluir cambios contextuales: El dispositivomantiene una lógica que le indica que su ambientepuede cambiar en cualquier momento. (e.g. elusuario se mueve de estaciones base) Fomentar composiciones a la medida: Losdispositivos se utilizaran de forma distinta por losusuarios. (i.e. suites sencillas de configurar) Reconocer el intercambio como algo común:Debido al intermitente y cambiante conectividadde los dispositivos, el espacio donde reside lainformación accesible muy probablementecambiará en cada momento.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)35

Los equipos móviles deberán de ser capacesde descubrir eficientemente servicios, y dereaccionar en consecuencia (la transparenciaen la distribución en realidad no sucede en lossistemas masivos *No es posible mostrar a losusuarios que se trata de una solacomputadora). La distribución de datos, procesos y controles inherente a estos sistemas, razón por lacuál se expone en lugar de ocultarla.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)36

Algunos ejemplos de sistemas masivos Sistemas caseros Sistemas electrónicos para el cuidado de lasalud Redes de monitoreoSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)37

Sistemas caseros Consisten de una o más computadoras personales eintegran aparatos personales como televisores,equipos de audio y video, teléfonos inteligentes,cámaras de vigilancia, etc. En estos sistemas existen retos a vencer: Autoconfiguración & autoadministración Plug and Play universal *Falta criterios de actualizacióndel firmware y compatibilidad La domótica aún se mantiene aislada según un objetivoparticular. Asesores Programas que consultan información de otros usuariospara identificar gustos similares y adaptarse.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)38

Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)39

Sistemas electrónicos para el cuidado dela salud Sistemas pensados para dar seguimientoal bienestar de las personas con el fin dequeseponganencontactoautomáticamente con los médicos en casode ser necesario. Frecuentemente se trata de sistemasorganizados en una BAN (body-areanetwork).Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)40

BAN (body-area network)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)41

Redes de monitoreo Se utilizan para procesar información. Colecciones de nodos fijos que se comunican através de nodos inalámbricos y generalmentealimentados por baterías. Nodos equipados con algún tipo de sensor ylimitados recursos. Sus restringidas capacidades de comunicación, y suconsumo de energía, demandan alta eficiencia. La relación con los sistemas distribuidos se debe aque se consideran sistemas que modelan bases dedatos distribuidas. (Es necesario almacenar ycomunicar datos de medición y vigilancia)Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)42

Este tipo de redes solían operar de dosmaneras.1. Los sensores no cooperan, solo envían lainformación a una base de datoscentralizada en el operador. (Alta demandade comunicaciones)2. El operador realiza consultas a sensoresimportantes y espera las respuesta quecalcule cada sensor. (Se pierden datos) Ninguna de estas dos soluciones es atractiva,por lo que en la actualidad se deseaprocesamiento de datos dentro de la red.Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)43

Lugar del operadorLa información del sensorse envía directamente aloperadorSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)44

Lugar del operadorConsultaLos sensores soloenvían respuestasSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)45

Se envía una consulta a todos los nodossensores, a lo largo de un árbol lógico quecomprendatodoslosnodos,yposteriormente, los resultados se vanagregando y propagando de regreso a la raíz. ¿Cómo configurar dinámicamente el árbol? ¿Cómo se realiza la agregación de resultados? ¿Qué sucede cuando los vínculos de la redfallan?Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)46

TinyDBimplementaunainterfazdeclarativa (base de datos) hacia redes desensores inalámbricos. Incluye algoritmosbasados en arboles. Un nodo intermedio recopilará y agregarálos resultados de sus hijos, junto con suspropios resultados, y los enviara hacia laraíz. Generalmente implementa algoritmoscortos para ahorrar energía y mantener laeficiencia. *Investigación 01Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)47

Lugar del operadorConsultaConsultaRespuesta generalRespuestaSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)48

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Retos de los sistemas distribuidos masivos ¿Dónde y como almacenar la informaciónmonitoreada? ¿Cómo evitar la perdida de información crucial? ¿Infraestructura para generar y propagar alertas? ¿Cómo enmascarar el comportamiento nodeseado? ¿Cómo manejar las latencia en la comunicación? ¿Qué nivel de seguridad debe tener la red? ¿Cómo monitorear los fallos?Sistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Sistemas distribuidos masivos (embebidos)Sistemas distribuidos masivos(embebidos)50

Investigar: ¿Qué es? ¿Cómo funciona? ¿Para que sirve?¿Ejemplo? ¿Beneficios? ¿Complejidad? MOSIXSETI@HOMEFOLDING@HOMEModelo Publicación-SubscripciónDomóticaRed de monitoreo implementada en la actualidadSistemas operativos II11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigación 01Investigación 01Investigación 0151

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sistemas operativos, redes, dominios administrativos, políticas de seguridad, etc.) 9 II 01 os o. Sistemas distribuidos de cómputo El propósito de un sistema de cómputo en grid es reunir los recursos de diferentes organizaciones para permitir la colaboración de un grupo de personas o instituciones. .