tipos de sistemas distribuidos
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Tipos de Sistemas DistribuidosTRANSCRIPT
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11, 12 y 13 Tipos de Sistemas Distribuidos e Investigacin 01
Estructuras de datos (Prof. Edgardo A. Franco)
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Prof. Edgardo Adrin Franco Martnez http://computacion.cs.cinvestav.mx/~efranco [email protected]
http://computacion.cs.cinvestav.mx/~efranco -
Contenido
Introduccin Sistemas distribuidos de cmputo
Sistemas de cmputo en clster Sistemas de cmputo en grid
Sistemas distribuidos de informacin Sistemas de procesamiento de transacciones Integracin de aplicaciones empresariales
Sistemas distribuidos masivos (Embebidos) Sistemas caseros Sistemas electrnicos para el cuidado de la salud Redes de monitoreo
Investigacin 01
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Introduccin
Una clasificacin altamente reconocida para los sistemas distribuidos es:
Sistemas distribuidos de cmputo
Sistemas distribuidos de informacin
Sistemas distribuidos masivos o embebidos
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Sistemas distribuidos de cmputo
Clase de sistemas distribuidos utilizada para realizar tareas de cmputo de alto rendimiento.
Computo en cluster
Cmputo en malla (grid)
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Sistemas distribuidos de cmputo
Sistemas de cmputo en cluster
Los sistemas de cmputo en cluster adquirieron popularidad cuando mejoro la relacin precio-rendimiento de las computadoras personales y las estaciones de trabajo.
Se volvi econmico la construccin de una supercomputadora usando tecnologas econmicas y computadoras simples (homogeneas) ubicadas dentro de una red de alta velocidad.
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Sistemas distribuidos de cmputo En virtualmente todos los casos, la computacin
en cluster se utiliza para la ejecucin de aplicaciones paralelas, donde un solo programa (de clculo intensivo) corre paralelamente en mltiples mquinas.
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Aplicacin de administracin
SO local
Nodo maestro
SO local
Nodo de cmputo
Red estndar
Nodo de cmputo Nodo de cmputo
Bibliotecas en paralelo
Componente de la aplicacin en
paralelo
SO local
Componente de la aplicacin en
paralelo
SO local
Componente de la aplicacin en
paralelo
Red de alta velocidad
Acceso remoto a la red
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Sistemas distribuidos de cmputo
Un ejemplo muy conocido de computadora cluster, es la formada por clsteres basados en distintas distribuciones de Linux (e.g. Beowulf *Hasta 2007).
Cada cluster consta de una coleccin de nodos de cmputo controlados, y se accede a ellos mediante un solo maestro.
El nodo maestro manipula la ubicacin de las nodos para el programa paralelo i.e. mantienen una cola de procesamiento por lotes de trabajos enviados y proporciona una interface para los usuarios del sistema.
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Sistemas distribuidos de cmputo
Realmente el nodo maestro ejecuta un middleware necesario para la ejecucin de los programas y la administracin del cluster.
Una parte importante del middleware est formada por las bibliotecas necesarias para la ejecucin de programas (bibliotecas de interfaz de paso de mensajes generalmente).
Tambin existen otro tipo de herramientas como MOSIX para intentar proporcionar una imagen de sistema nico del cluster. *Investigacin 01. 8
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Sistemas distribuidos de cmputo
Sistemas de cmputo en grid
Una caracterstica de los clsteres es la homogeneidad (mismo sistema operativo conectadas a la misma red). Por el contrario los sistemas basados en grid tienen un alto grado de heterogeneidad (no se establecen caractersticas especificas de hardware, sistemas operativos, redes, dominios administrativos, polticas de seguridad, etc.)
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Sistemas distribuidos de cmputo
El propsito de un sistema de cmputo en grid es reunir los recursos de diferentes organizaciones para permitir la colaboracin de un grupo de personas o instituciones.
Tal colaboracin se realiza de en la forma de una organizacin virtual. La gente que pertenece a la misma organizacin virtual tiene derechos de acceso a los recursos que proporciona la organizacin.
Los recursos generalmente constan de servidores (incluso supercomputadoras).
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Sistemas distribuidos de cmputo
Facilidades de almacenamiento
Bases de datos
Cmputo de alto rendimiento
Telescopios
Sensores
Etc.
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Sistemas distribuidos de cmputo
Arquitectura en capas para sistemas de cmputo en grid
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Capa de fabricacin
Capa de recursos Capa de conectividad
Capa colectiva
Aplicaciones
Middleware
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Sistemas distribuidos de cmputo
Capa de fabricacin: Proporciona interfaces para recursos locales ubicados en un sitio especifico. (Consultar estado y capacidades de un recurso)
Capa de conectividad: Consiste en protocolos de comunicacin para dar soporte a las transacciones del grid que abarca el uso de mltiples recursos. (Protocolos necesarios para transferir datos entre los recursos o acceder a un recurso remotamente)
Capa de recursos: Es responsable de la administracin de un solo recurso. (Control de acceso, autentificacin creacin de procesos de lectura y escritura) 13
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Sistemas distribuidos de cmputo
Capa de colectiva: Se encarga de manipular el acceso a mltiples recursos y, por lo general consta de servicios para descubrir recursos, ubicacin y calendarizacin de tareas dentro de mltiples recursos y replicacin de datos. (Protocolos para la organizacin virtual de los recursos)
Capa de aplicaciones: Consta de aplicaciones que operan dentro de una organizacin virtual y hacen uso del ambiente de cmputo en grid.
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Sistemas distribuidos de cmputo
Por lo general, las capas colectiva, de conectividad, y de recursos forman el ncleo de lo que podramos llamar una capa grid middleware. Juntas, estas capas proporcionan acceso y administracin de los recursos que estn potencialmente dispersos a travs de muchos sitios. (Idea de un solo sitio o unidad de administracin comn).
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Sistemas distribuidos de cmputo
El cmputo grid se basa en Arquitecturas orientadas a servicios SOA
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Sistemas distribuidos de cmputo
Ejemplos de cmputo grid (*Investigacin 01)
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http://setiathome.berkeley.edu/sah_donate.php -
Sistemas distribuidos de informacin Son sistemas organizacionales y corporativos,
los cuales implican la conjuncin de aplicaciones que inter-operan gracias a una red.
Inicialmente los sistemas constaban de un equipo que ejecutaba un servidor (con frecuencia servidor de base de datos) y de programas remotos llamados clientes. Dichos clientes son capaces de enviar peticiones y recibir respuesta de servidor.
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Sistemas distribuidos de informacin
La integracin a nivel ms bajo y sencillo se realizaba registrando en los programas cliente cierto nmero de peticiones dirigidas a distintos servidores y dentro de una peticin ms grande ejecutarla como una transaccin distribuida. La idea clave era que todas, o ninguna pudiera ser ejecutada.
Mientras ms sofisticadas se hicieron las aplicaciones, se fueron separando de manera gradual en componentes independientes (distinguiendo entre los componentes de base de datos y los componentes de proceso).
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Sistemas distribuidos de informacin La integracin de los componentes de bases
de datos y de procesos implica que no obstante que se encuentran separados, existe comunicacin entre los componentes.
Lo anterior a generado una industria de sistemas que se concentra en la integracin de sistemas empresariales.
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Sistemas distribuidos de informacin Las nuevas plataformas informticas Uno de los grandes impulsores de la creciente diversidad de herramientas
para la gestin de la empresa, han sido y son las nuevas formas de interaccionar entre diversas plataformas informticas heterogneas, lo que se denomina como arquitectura orientada a servicios (Middleware).
Estas posibilitan que los sistemas de gestin empresariales puedan estar segmentados por mdulos, cada uno de ellos con una funciones especficas y programados con los lenguajes ms adecuados para su trabajo.
"El gran reto de la informtica de los inicios del siglo XXI es poder interaccionar o intercambiar informacin con cualquier elemento fijo o movible, a gran
velocidad y poder tomar decisiones on Edge y sin intervencin humana. La introduccin de datos en los sistemas informticos no aportan valor al
producto."
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Sistemas de procesamiento de transacciones
Gran parte de los sistemas distribuidos de informacin se caracterizan por la necesidad de realizar operaciones transaccionales.
Programar utilizando transacciones requiere primitivas de transaccin especiales que deben ser proporcionadas ya sea por el sistema distribuido subyacente o por un lenguaje del sistema en tiempo de ejecucin.
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Ejemplo de primitivas de transaccin
Primitiva Descripcin BEGIN_TRANSACTION Marca el inicio de una
transaccin
END_TRANSACTION Termina la transaccin e intenta continuar
ABORT_TRANSACTION Finaliza la transaccin y restablece los viejos valores
READ Lee los datos desde un archivo una tabla, u otra fuente
WRITE Escribe los datos en un archivo una tabla, o en otra fuente
BEGIN_TRANSACTION y END_TRANSACTION Delimitan el alcance
de una transaccin Una caracterstica de una transaccin es que se ejecutan todas sus operaciones o no se ejecutan. (Atmica)
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La propiedad todo o nada de una transaccin es una de las cuatro caractersticas que tienen las transacciones. (ACID) 1. Atmicas: para el mundo exterior, la transaccin es
indivisible. 2. Consistentes: la transaccin no viola sistemas
invariantes. (E.g. sistema bancario "Ley de conservacin del dinero" . Por un momento al realizar la transaccin se viola pero una vez afuera de ella la cantidad de dinero se conserva)
3. Aisladas o en serie: las transacciones concurrentes no interfieren entre s. (i.e. si dos o mas transacciones se estn ejecutando al mismo tiempo, para cada una de ellas y para otros procesos, el resultado final luce como si las transacciones se hubieran realizado en secuencia "con orden segn el sistema")
4. Durables: una vez que se confirman una transaccin, los cambios son permanentes.
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Una transaccin anidada se construye a partir de cierta cantidad de subtransacciones.
La transaccin de ms alto nivel puede dividirse en subprocesos hijos que se ejecutan en paralelo entre s, en diferentes mquinas, para mejorar el rendimiento o simplificar la programacin.
Transaccin anidada
Substrasaccin Substrasaccin
Base de datos de la aerolnea
Base de datos del hotel
Dos bases de datos diferentes (independientes)
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Las subtransacciones dan lugar a un problema: Una transaccin inicia diversas
subtransacciones en paralelo. Una de ellas se confirma. La transaccin padre aborta y restablece todo
el sistema en el estado que tena antes. "Los resultados de la subtransaccin
confirmada deben de deshacerse"
"Es necesaria una buena administracin para lograr que todo salga bien"
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En los sistemas distribuidos, las subtransacciones anidadas son importantes para que se proporcionen una forma natural de distribuir un transaccin a travs de varias maquinas.
Las transacciones anidadas siguen una divisin lgica del trabajo de la transaccin original.
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En los inicios de los sistemas middleware empresariales, el componente que manejaba transacciones distribuidas (o anidadas) conformaba la parte central para integrar aplicaciones al nivel servidor o de base de datos, se le llamaba monitor de procesamiento de transacciones o monitor TP. Su tarea principal era permitir el acceso a multiples servidores/base de datos ofreciendo un modelo de programacin transaccional.
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Transaccin
Rol de un monitor TP en sistemas distribuidos
Servidor
Servidor
Servidor
Monitor TP Aplicacin cliente
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Integracin de aplicaciones empresariales
Conforme las aplicaciones fueron desligndose de las bases de datos, la necesidad de integrar aplicaciones independientes de sus bases de datos se volvi ms evidente.
Los componentes de las aplicaciones deban ser capaces de comunicarse entre s de manera directa y no slo mediante un comportamiento de peticin-respuesta.
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Middleware como facilitador de la comunicacin al integrar aplicaciones empresariales
Aplicacin del lado servidor
Aplicacin cliente
Aplicacin cliente
Aplicacin del lado servidor
Aplicacin del lado servidor
Comunicacin middleware
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Existen diversos tipos de comunicacin middleware
Llamadas a procedimiento remotos (RPC)
Invocaciones a mtodos remotos (RMI)
Middleware orientado a mensajes (MOM) *Publicacin-suscripcin (*Investigacin 01)
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Los tipos de sistemas distribuidos previos se caracterizan por su estabilidad (nodos fijos, conexin ms o menos permanente y fija a una red).
Con los dispositivos de cmputo mviles y embebidos. Ahora nos enfrentamos a con sistemas distribuidos en los cuales la inestabilidad es el comportamiento predeterminado.
Este tipo de sistemas entra dentro del tipo de masivos o embebidos.
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Tal como lo sugiere su nombre, un sistema mvil distribuido es parte de nuestro entorno (y como tal, est inherentemente distribuido). Una caracterstica importante es su carencia general de control administrativo humano. En el mejor de los casos, los dispositivos son configurados por sus propietarios, ya que de otro modo necesitan descubrir automticamente su ambiente y "adaptarse" de la mejor manera posible.
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Requerimientos de las aplicaciones mviles Incluir cambios contextuales: El dispositivo
mantiene una lgica que le indica que su ambiente puede cambiar en cualquier momento. (e.g. el usuario se mueve de estaciones base)
Fomentar composiciones a la medida: Los dispositivos se utilizaran de forma distinta por los usuarios. (i.e. suites sencillas de configurar)
Reconocer el intercambio como algo comn: Debido al intermitente y cambiante conectividad de los dispositivos, el espacio donde reside la informacin accesible muy probablemente cambiar en cada momento.
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Los equipos mviles debern de ser capaces de descubrir eficientemente servicios, y de reaccionar en consecuencia (la transparencia en la distribucin en realidad no sucede en los sistemas masivos *No es posible mostrar a los usuarios que se trata de una sola computadora).
La distribucin de datos, procesos y control es inherente a estos sistemas, razn por la cul se expone en lugar de ocultarla.
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Algunos ejemplos de sistemas masivos
Sistemas caseros
Sistemas electrnicos para el cuidado de la salud
Redes de monitoreo
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Sistemas caseros Consisten de una o ms computadoras personales e
integran aparatos personales como televisores, equipos de audio y video, telfonos inteligentes, cmaras de vigilancia, etc.
En estos sistemas existen retos a vencer: Autoconfiguracin & autoadministracin
Plug and Play universal *Falta criterios de actualizacin del firmware y compatibilidad
La domtica an se mantiene aislada segn un objetivo particular.
Asesores Programas que consultan informacin de otros usuarios
para identificar gustos similares y adaptarse.
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Sistemas distribuidos masivos (embebidos)
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Sistemas electrnicos para el cuidado de la salud
Sistemas pensados para dar seguimiento al bienestar de las personas con el fin de que se pongan en contacto automticamente con los mdicos en caso de ser necesario.
Frecuentemente se trata de sistemas organizados en una BAN (body-area network).
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BAN (body-area network)
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Redes de monitoreo Se utilizan para procesar informacin. Colecciones de nodos fijos que se comunican a
travs de nodos inalmbricos y generalmente alimentados por bateras.
Nodos equipados con algn tipo de sensor y limitados recursos.
Sus restringidas capacidades de comunicacin, y su consumo de energa, demandan alta eficiencia.
La relacin con los sistemas distribuidos se debe a que se consideran sistemas que modelan bases de datos distribuidas. (Es necesario almacenar y comunicar datos de medicin y vigilancia)
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Este tipo de redes solan operar de dos maneras. 1. Los sensores no cooperan, solo envan la
informacin a una base de datos centralizada en el operador. (Alta demanda de comunicaciones)
2. El operador realiza consultas a sensores importantes y espera las respuesta que calcule cada sensor. (Se pierden datos)
Ninguna de estas dos soluciones es atractiva, por lo que en la actualidad se desea procesamiento de datos dentro de la red.
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Lugar del operador La informacin del sensor se enva directamente al operador
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Los sensores solo envan respuestas
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Se enva una consulta a todos los nodos sensores, a lo largo de un rbol lgico que comprenda todos los nodos, y posteriormente, los resultados se van agregando y propagando de regreso a la raz.
Cmo configurar dinmicamente el rbol?
Cmo se realiza la agregacin de resultados?
Qu sucede cuando los vnculos de la red fallan?
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TinyDB implementa una interfaz declarativa (base de datos) hacia redes de sensores inalmbricos. Incluye algoritmos basados en arboles.
Un nodo intermedio recopilar y agregar los resultados de sus hijos, junto con sus propios resultados, y los enviara hacia la raz. Generalmente implementa algoritmos cortos para ahorrar energa y mantener la eficiencia. *Investigacin 01
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Lugar del operador
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Consulta
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Retos de los sistemas distribuidos masivos
Dnde y como almacenar la informacin monitoreada?
Cmo evitar la perdida de informacin crucial?
Infraestructura para generar y propagar alertas?
Cmo enmascarar el comportamiento no deseado?
Cmo manejar las latencia en la comunicacin?
Qu nivel de seguridad debe tener la red?
Cmo monitorear los fallos?
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Investigacin 01
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Investigar:
Qu es? Cmo funciona? Para que sirve? Ejemplo? Beneficios? Complejidad?
MOSIX
SETI@HOME
FOLDING@HOME
Modelo Publicacin-Subscripcin
Domtica
Red de monitoreo implementada en la actualidad
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Fecha de entrega
A mas tardar el lunes 04 de Octubre de 2010 a las 23:59:59 horas a travs de la pgina Web.
Incluir referencias (Formato IEEE)
Imgenes
Portada e ndice (Hasta ttulos de 3er nivel)
Conclusiones
Investigacin personal http://computacion.cs.cinvestav.mx/~efranco/?p=recepcion_trabajos/index.php
Grupo Usuario Contrasea
5CV2 5cv2so2 2sistemasop2010
5CV3 5cv3so2 3sistemasop2010
http://computacion.cs.cinvestav.mx/~efranco/?p=recepcion_trabajos/index.php