Computação Distribuída INE PDF
Computação Distribuída INE 5625
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Thereza de Vieira Estrela
1 Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) Departamento de Informática e Estatística Computação Distribuída INE 5625 Prof. Mario Dantas
2 Objetivo Neste curso vamos estudar os conceitos relativos a computação distribuída, abordando paradigmas tais: computação obíqua; computação pervasiva; computação colaborativa; ambientes de troca de mensagens; memória compartilhada; e objetos distribuídos.
3 Objetivo Vamos iniciar nosso curso com as novas abordagens de computação distribuídas, estas conhecidas como ubíqua, pervasiva e colaborativa. O objetivo é introduzir uma visão inovadora de ambientes computacionais altamente distribuídos, que necessitam de um tratamento especial por parte de especialistas e, por outro lado, ser ignorado pelos seus usuários.
4 Objetivo Quanto as bibliotecas de troca de mensagem serão estudadas: PVM (Parallel Virtual Machine) e MPI (Message Passing Interface). Ambientes de middlewares orientados à memória compartilhada (shared memory), tais como Jiajia e ThreadMark, serão também estudados.
5 Objetivo Finalmente, os objetos distribuídos serão abordados através das tecnologias CORBA, DCOM e Java RMI
6 Conteúdo Programático Modulo I. Introdução a computação distribuída. Ambientes de middleware Modulo II. Paradigma de troca de mensagem. Parallel Virtual Machine (PVM). Message Passing Interface (MPI). Ambientes de Memória Compartilhada
7 Conteúdo Programático Modulo III. Objetos distribuídos. Componentes. CORBA. Barramento de objetos CORBA. Adaptador básico de objetos. Linguagem de definição de interfaces
8 Conteúdo Programático. Serviços CORBA. Objetos COM. Barramento de objetos COM. Serviços OLE/COM Java/RMI
9 Bibliografia Recomendada Coulouris, Dollimore e Kindberg, Distributed Systems: Concepts and Design, ISBN: , Addison Weley, 2006 Tanenbaum e van Steen, Distributed Systems: Principles and Paradigms (2nd Edition), ISBN: , Prentice Hall, 2000 Dantas, Computação Distribuída de Alto Desempenho: Redes, Clusters e Grids C omputacionais, ISBN: , Axcel Books 2005.
10 Conteúdo Programático Modulo I. Introdução a computação distribuída. Ambientes de middleware. Paradigma de troca de mensagem. Parallel Virtual Machine (PVM). Message Passing Interface (MPI). Ambientes de Memória Compartilhada
11 Introdução a computação distribuída - Aplicações têm se tornado a cada dia mais complexas. Um exemplo é a utilização de diversos tipos de mídia (voz, dados, imagens); - O crescimento numa imaginado da Internet e redes; - A transparência provida pela Web;
12 Introdução a computação distribuída - Computadores pessoais se tornam cada vez mais acessíveis; - Redes e dispositivos móveis sem fio tornam-se um padrão de comunicação pessoal e empresarial.
13 Exemplo típico - Jogos Pan-Americanos - Muitas pessoas/dispositivos entrando com dados/imagens; - Sistema computacionais para processar informações; - Disponibilizar um Web Site para entrada e busca de informação.
14 Exemplo ilustrado PCs Leblon IRIX 5.3 Silicon Graphics World Ipanema Windows Mac UNIX System V Sun
15 Fatores a serem considerados Eficiência desenvolvimento da solução; tempo de execução. Confiabilidade Transparência flexibilidade; tolerância à falha X alta disponibilidade.
16 Fatores a serem considerados Codificação da Aplicação fácil utilização Computação da Aplicação precisa; segura; eficiente.
17 Fatores a serem considerados Aplicação Web flexível; Poder ser replicada; eficiente.
18 Possíveis soluções C/C++ aplicações + Sockets não possui uma maior escalabilidade problemas de empacotamento/desempacotamento muitos protocolos temporários DCE (remote procedure invocation) não existe polimorfismo
19 Possíveis soluções Ambientes de troca de mensagem; Pacotes de memória compartilhada distribuída; Objetos distribuídos.
20 Uma típica parte da Internet ISP intranet backbone satellite link desktop computer: server: network link: Fonte: [Coulouris]
21 print and other servers Uma típica Intranet server Desktop computers Web server Local area network server File server print other servers the rest of the Internet router/firewall Fonte: [Coulouris]
22 Dispositivos móveis e portáveis em sistemas distribuídos Internet Host intranet Wireless LAN WAP gatew ay Home intranet Printer Camera Mobile phone Laptop Host site Fonte: [Coulouris]
23 Web servers and web browsers Web servers Browsers Internet File system of Protocols Activity.html Fonte: [Coulouris]
24 Computadores na Internet Date Computers Web servers 1979, Dec , July 130, , July 56,218,000 5,560, , Jan. 171,638,297 35,424,956 Fonte: [Coulouris]
25 Computadores vs. Web servers na Internet Date Computers Web servers Percentage 1993, July 1,776, , July 6,642,000 23, , July 19,540,000 1,203, , July 56,218,000 6,598, , July 125,888,197 31,299, ,298,371 Fonte: [Coulouris]
26 Introdução a computação distribuída Como podemos definir um sistema distribuído?
27 Introdução a computação distribuída Como podemos definir um sistema distribuído? No mundo real os sistemas distribuídos, sob o aspecto de arquitetura de máquinas para execução de aplicativos, devem ser vistos como configurações com grande poder de escala pela agregação de computadores existentes nas redes. Fonte: [Dantas]
28 Introdução a computação distribuída Como podemos definir um sistema distribuído? Nos ambientes distribuídos, a homogeneidade ou heterogeneidade de um conjunto de máquinas, onde cada qual possui sua arquitetura de software-hardware executando sua própria cópia do SO, permite a formação de interessantes configurações de SMPs, de MPPs, de clusters e de grids computacionais. Fonte: [Dantas]
29 Tipos de Transparências 1. Access transparency: enables local and remote resources to be accessed using identical operations; 2. Location transparency: enables resources to be accessed without knowledge of their physical or network location (for example, which building or IP address); 3. Concurrency transparency: enables several processes to operate concurrently using shared resources without interference between them; Fonte: [Coulouris]
30 Tipos de Transparências 4. Replication transparency: enables multiple instances of resources to be used to increase reliability and performance without knowledge of the replicas by users or application programmers; 5. Failure transparency: enables the concealment of faults, allowing users and application programs to complete their tasks despite the failure of hardware or software components; Fonte: [Coulouris]
31 Tipos de Transparências 6. Mobility transparency: allows the movement of resources and clients within a system without affecting the operation of users or programs; 7. Performance transparency: allows the system to be reconfigured to improve performance as loads vary; 8. Scaling transparency: allows the system and applications to expand in scale without change to the system structure or the application algorithms. Fonte: [Coulouris]
32 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Modelos de Arquiteturas Applications, services Middleware Operating system Platform Fonte: [Coulouris] Computer and network hardware
33 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Clientes invocando servidores individuais Client invocation invocation Server result Server result Client Key: Process: Computer:
34 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Um serviço provido por múltiplos servers Service Client Server Server Client Server
35 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Web proxy server Client Proxy server Web server Client Web server
36 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Uma aplicação distribuída baseada em processos fim (peer processes) Application Coordination code Application Coordination code Application Coordination code
37 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Web applets a) client request results in the downloading of applet code Client Applet code Web server b) client interacts with the applet Client Applet Web server
38 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Thin clients e servidores
39 Sistemas Distribuídos: Modelos de Arquitetutras Redes Ad hoc (espontânea) Exemplo de um hotel Internet gateway Music service Alarm service Discovery service Hotel wireless network Camera TV/PC Laptop PDA Guests devices
40 Conceito de Sistemas Distribuídos: São sistemas compostos por diversas partes cooperantes que são executadas em máquinas diferentes interconectadas por uma rede Cooperação Máquinas trabalham em conjunto para chegar a um determinado objetivo; para cooperar as máquinas precisam se comunicar de alguma forma Interconexão Máquinas dispõem de um meio de comunicação para trocar dados com o intuito de cooperar de modo a alcançar um objetivo comum
41 Computação Distribuída: Consiste em executar processos / aplicações cooperantes em máquinas diferentes Tornou-se bastante comum a partir da popularização das redes de computadores Processos são executados em máquinas diferentes interligadas por uma rede Redes locais Internet Outras redes públicas ou privadas
42 Infra-Estrutura Física Máquinas (hosts) são conectadas a um provedor (ISP), rede local, metropolitana ou sem fio; Estas redes são interligadas por redes de longa distância públicas (ex.: Internet) ou privadas Kurose & Ross
43 Sistemas distribuídos x centralizados Sistemas centralizados têm um ponto único de falha; Sistemas distribuídos podem aumentar a robustez do sistema e a disponibilidade dos dados; Sistemas centralizados são limitados pela capacidade de processamento e armazenamento da máquina;
44 Sistemas distribuídos x centralizados Sistemas distribuídos podem crescer em escala adicionando novos servidores ao sistema; Sistemas distribuídos são mais sujeitos a apresentar falhas parciais de funcionamento e de segurança; Sistemas distribuídos são mais difíceis de administrar pois os servidores estão em locais diferentes;
45 Sistemas distribuídos x paralelos Ambos podem executar processamento paralelo usando os vários processadores disponíveis; Em máquinas paralelas os processadores podem trocar dados usando discos ou memória; Em sistemas distribuídos dados são trocados pela rede, o que pode prejudicar o seu desempenho;
46 Sistemas distribuídos x paralelos Sistemas paralelos são mais vulneráveis a alguns tipos de falha (ex.: falha na alimentação ou na rede); Sistemas paralelos não são tão escaláveis quanto sistemas distribuídos.
47 Aplicações World Wide Web Requisição Resposta Servidor Web Requisição Cliente Resposta Servidor Web
48 Aplicações Envio, Recepção e Leitura de s: Servidor de mail.empresa.com Servidor de mail.empresa2.com SMTP SMTP POP, IMAP, Webmail, Remetente Destinatário
49 Aplicações NTP (Network Time Protocol) 1 o Nível 2 o Nível
50 Aplicações DNS Servidores Raiz: a NSI Herndon, VA c PSInet Herndon, VA d U Maryland College Park, MD g DISA Vienna, VA h ARL Aberdeen, MD j NSI (TBD) Herndon, VA k RIPE London i NORDUnet Stockholm m WIDE Tokyo e NASA Mt View, CA f Internet Software C. Palo Alto, CA b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Marina del Rey, CA Kurose & Ross
51 Aplicações DNS Consulta: Servidor de nomes raiz 3 Servidor de nomes.br 4 Serv. de nomes ns.empresa.com 7 Serv. de nomes ns.ufsc.br máquina.empresa.com venus.inf.ufsc.br Serv. de nomes ns.inf.ufsc.br
52 Aplicações Outros exemplos de aplicações distribuídas: Messenger, ICQ; Redes Peer-to-Peer (P2P); Sistema de Reserva de Passagens; Sistema de Operadoras de Cartão de Crédito;
53 Sistemas bancários; Aplicações Sistemas de gerenciamento de redes de telecomunicações, transmissão de energia; Sistemas de informação de grandes empresas; - Nova abordagem de TV digital.
54 Características Classificação: Sistemas Homogêneos Todos os sites têm o mesmo software e hardware Sistemas Heterogêneos Hardware, sistema operacional e aplicativos podem ser diferentes em cada máquina Podem representar os dados de modo diferente Protocolos de comunicação precisam ser os mesmos para que as máquinas possam interagir
55 Características Vantagens Dispõem de maior poder de processamento; Se bem construídos, podem apresentar um melhor desempenho que sistemas centralizados; Podem apresentar maior confiabilidade ;
56 Características Vantagens Permitem reutilizar serviços já disponíveis; Possuem maior capacidade para armazenamento de dados que sistemas centralizados; Podem compartilhar dados e recursos; Podem atender um maior número de usuários;
57 Características Dificuldades Desenvolver, gerenciar e manter o sistema; Controlar o acesso concorrente a dados e a recursos compartilhados; Controlar a consistência dos dados replicados;
58 Características Dificuldades Evitar que falhas de máquinas ou da rede comprometam o funcionamento do sistema Mais hardware mais falhas Garantir a segurança do sistema e o sigilo dos dados trocados entre máquinas; Lidar com a heterogeneidade do ambiente;
59 Características Desempenho Mais máquinas maior poder de processamento; Uso da rede pior desempenho; É importante utilizar adequadamente o poder de processamento disponível e limitar a comunicação da rede para que o desempenho da aplicação distribuída seja satisfatório;
60 Características Compartilhamento de Dados e de Recursos É possível acessar dados e recursos disponíveis em outras máquinas do sistema Ex.: impressoras, câmeras, bancos de dados, filmes. Recursos podem estar indisponíveis devido a falhas; Acesso concorrente deve ser controlado; Deadlocks precisam ser evitados;
61 Características Uso da Rede Acoplamento fraco máquinas trocam dados através da rede Tempo de comunicação ilimitado pode comprometer o funcionamento do sistema Como reduzir o tráfego na rede?
62 Características Não-deterministas Comportamento pouco previsível devido ao uso da rede, que leva à possibilidade de ocorrerem retardos inesperados ou mesmo falhas na comunicação Como evitar congestionamento/sobrecarga?
63 Características Influência do Tempo Sistemas distribuídos são bastante influenciados pelo tempo de comunicação pela rede Em geral não há uma referência de tempo global, pois os relógios das máquinas não estão sincronizados Como ordenar os eventos no sistema?
64 Características Controle Os sistemas distribuídos tendem a empregar recursos remotos, sobre os quais não se tem total controle Estes recursos podem estar indisponíveis por já estarem sendo usados ou por falha na máquina ou programa que os administra, na rede ou no próprio recurso
65 Características Sujeito a Falhas As máquinas e a rede podem falhar Como evitar que estas falhas comprometam o funcionamento do sistema? Segurança Mais difícil controlar o acesso a dados e recursos em sistemas distribuídos Como garantir a segurança do sistema e o sigilo dos dados trocados pela rede?
66 Características Difícil ter uma visão global do sistema Difícil saber o estado de cada parte do sistema em um determinado instante devido à latência da rede Transações envolvem várias máquinas Como conhecer o estado global do sistema?
67 Características Gerenciamento e manutenção do sistema Máquinas dispersas pela rede difícil gerenciar e manter as máquinas e o sistema funcionando Há maior dificuldade se o sistema for heterogêneo Administração pode ser independente
68 Características Replicação de Dados Os dados do sistema podem estar replicados; É necessário garantir a consistência de réplicas réplicas com o mesmo valor! Alterações nos dados devem ser propagadas para as máquinas com réplicas do dado;
69 Características Replicação de Dados Replicação dificulta a obtenção do estado global do sistema; Cada réplica deve atualizar seu estado ao reintegrar-se ao sistema; qualquer inconsistência nos dados deve ser resolvida.
70 Desenvolvimento de Aplicações Aplicações Distribuídas são criadas usando: APIs e Bibliotecas: fornecem rotinas para comunicação entre processos, controle de concorrência, monitorar transações, etc. Ex.: Sockets, WinSock, java.net, etc.
71 Desenvolvimento de Aplicações Middleware para Programação Distribuída: fornece suporte para criar / executar programas distribuídos. Ex.: CORBA, COM,.NET, etc. Servidores de Aplicação: hospedam aplicações que provêem serviços e dados a clientes remotos Ex.: JBoss, WebSphere, etc. Linguagens e sistemas operacionais distribuídos vem caindo em desuso
72 Máquina 1 Desenvolvimento de Aplicações Middleware para Programação Distribuída Aplicação Aplicação Máquina N Aplicação Serviço Serviço Aplicação Middleware para Programação Distribuída Sistema Operacional Hardware Sistema Operacional Hardware
73 Desenvolvimento de Aplicações Servidores de Aplicação Máquina Cliente Cliente Máquina Servidora Aplicação Serviço Aplicação Sistema Operacional Hardware Servidor de Aplicação Sistema Operacional Hardware
74 Desenvolvimento de Aplicações Projeto de Aplicações Distribuídas Abordagens de projeto Top-Down: usada em sistemas construídos do zero, possivelmente homogêneos Bottom-Up: usada quando os sistemas locais já estão instalados e precisam ser integrados
75 Desenvolvimento de Aplicações Questões a serem respondidas no projeto Onde colocar os sites? Como distribuir dados e serviços pelos sites? Replicação é necessária? Como integrar sistemas já existentes?
76 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação ubíqua?
77 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação ubíqua? O termo computação ubíqua foi primeiramente sugerido por Mark Weiser em Este descreve sua idéia de tornar os computadores onipresentes e invisíveis. O esforço é tirar o computador do caminho entre o usuário e seu trabalho. Em outras palavras, o objetivo é ir além da interface amigável e longe da realidade virtual.
78 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação ubíqua? Ao invés de usar ao máximo todas os canais de entrada e saída do corpo, semelhante à realidade virtual, a idéia é permitir que o indivíduo faça seu trabalho com o auxílio de computadores sem nunca ter que se preocupar em trabalhar nos computadores. Melhorando-se as interfaces fazem do obstáculo (o computador) um elemento mais fácil de usar.
79 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação ubíqua? Este tipo de computação cria a era da tecnologia calma (calm technology). A computação passa a ser subjacente às nossas vidas. Os computadores passam a ser tão naturais, tão sob medida e tão embutidos em todos os locais, que eles se tornam praticamente invisíveis, isto é, nós os utilizamos quase sem pensar.
80 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação ubíqua? Fonte: [Mark Weiser]
81 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação pervasiva? Mark Weiser e seus colegas no Lab. PARC, utilizaram os termos computação ubíqua e pervasiva de maneira intercambiável para descrever como a computação iria migrar do ambiente desktop, para um ambiente pessoal e depois para uma configuração mais distribuída móvel e embarcada.
82 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação pervasiva? Todavia, existe uma diferença nestes tipos de computação. O termo computação ubíqua significa o estado de estar presente em todos os lugares. Por outro lado, computação pervasiva representa passar através, ou ser difundida através de.
83 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação pervasiva? No mundo real, a computação ubíqua está relacionada aos frameworks, sistemas embarcados, redes e displays que estão transparentes e em qualquer lugar, permitindo aos usuários operações de plug-and-play em dispositivos e ferramentas.
84 Introdução a computação distribuída O que vem a ser computação pervasiva? Por outro lado, a computação pervasiva refere-se a dispositivos físicos tais como seu telefone celular, computador de mão, uma jaqueta inteligente que se modifica com a temperatura do corpo. Assim, podemos entender a computação pervasiva como um conjunto de ferramentas dentro de um determinado ambiente, no qual podemos acessar as informações a qualquer hora e a qualquer momento.
85 Introdução a computação distribuída Fonte:[Mark Weiser]
86 Tolerância à Faltas Conceitos Tipos de Faltas Replicação Detecção de Falhas Recuperação de Falhas 86
87 Conceitos Confiança de Funcionamento (Dependability ) Representa a confiança depositada em um determinado sistema em relação ao seu correto funcionamento Um sistema dito confiável (dependable) possui uma grande probabilidade de se comportar da maneira esperada 87
88 Conceitos Confiança de Funcionamento (Dependability ) A confiança de funcionamento é um importante requisito de Qualidade de Serviço (QoS) em sistemas computacionais críticos 88
89 Conceitos Estados de um Sistema: Sistema próprio: serviço é fornecido pelo sistema como foi especificado Sistema interrompido ou impróprio: serviço não é fornecido conforme especificado Sistema Próprio Falha benigna Restauração Sistema Interrompido Falha catastrófica Sistema Impróprio Falha catastrófica
90 Conceitos A Confiança de Funcionamento de um sistema é medida pelos seguintes fatores: Confiabilidade (Reliability): tempo de funcio-namento contínuo (sem falhas) do sistema Manutenibilidade (Maintainability): tempo gasto para restaurar o sistema após uma falha 90
91 Conceitos A Confiança de Funcionamento de um sistema é medida pelos seguintes fatores: Disponibilidade (Availability): tempo de funcionamento em relação ao tempo de falha Seguridade (Safety): prejuízo causado pela falha do sistema 91
92 Conceitos Confiabilidade pode ser representada por: Tempo Médio Para a Falha (MTTF): indica o tempo médio que o sistema fica sem falhar Ex.: X horas ou dias de funcionamento Quanto maior, melhor Médio Entre Falhas (MTBF): representa o tempo entre falhas sucessivas Ex.: Y horas ou dias entre falhas Quanto maior, melhor 92
93 Conceitos Confiabilidade pode ser representada por: Probabilidade (taxa) de Falha Ex.: 10 -Z falhas/hora ou falhas/dia Quanto maior o expoente, melhor 93
94 Conceitos Manutenibilidade é representada por: Tempo Médio Para Reparo (MTTR): indica o tempo necessário para que o sistema volte a funcionar corretamente Ex.: X segundos, minutos ou horas para o sistema voltar a funcionar corretamente Quanto menor, melhor 94
95 Conceitos Disponibilidade é representada por: Grau de disponibilidade: MTBF MTBF + MTTR Ex.: sistema disponível por 99.9% do tempo Quanto maior, melhor Disponibilidade 90% 99% 99.9% 99.99% % % Tempo de parada / ano ~ 1 mês ~ 4 dias ~ 9 horas ~ 1 hora ~ 5 minutos ~ 30 segundos 95
96 Conceitos Seguridade é representada por: Grau de Seguridade: probabilidade do sistema ser recuperável (de não se tornar impróprio) em caso de falha, ou seja, a chance de uma falha não ser catastrófica Falhas Benignas Falhas Benignas + Catastróficas Ex.: sistema recuperável em 98% das falhas Quanto maior, melhor
97 Conceitos Falta, Erro e Falha Faltas são defeitos que ocorrem em sistemas Originadas por fatores internos ou externos Podem ficar dormentes até serem notadas Erros são resultantes de faltas no sistema Ocorrem quando faltas impedem o funcionamento normal do sistema Diferentes faltas podem causar o mesmo erro Falhas podem ocorrer devido a erros no sistema A falha é o efeito observável do erro Diversos erros podem levar à mesma falha 97
98 Conceito Falta, Erro e Falha Exemplo: HD Um setor do disco pode estar com defeito (falta) Um erro de leitura pode ocorrer se um programa tentar ler ou escrever neste setor Pode ocorrer uma falha em um sistema que tente acessar este setor e não consiga Se os dados gravados neste setor estiverem replicados em outro local, o sistema pode tolerar a falta e não apresentar falha 98
99 Conceitos Falhas em Cascata Sistema Componente Componente Falta Erro Falha Falta Erro Falha Falta Erro Falha 99
100 Conceitos Falhas em Cascata A falha de um componente pode ocasionar a falha de outro que necessita dos serviços do primeiro, e assim sucessivamente, podendo levar o sistema como um todo a falhar Exemplo: Uma falta no disco pode causar uma falha no sistema de arquivos Os servidores Web e de , que usam o sist. de arquivos, podem falhar Uma aplicação de comércio eletrônico baseada na Web pode também falhar 100
101 Conceitos Previsão de Faltas Estima a probabilidade de que faltas ocorram Permite que se avalie os riscos de falha Remoção de Faltas Consiste em detectar e remover as faltas antes que causem erros e falhas Usar ferramentas como debugger, scandisk,... Prevenção de Faltas Elimina as condições que fazem com que faltas ocorram durante a operação do sistema Usa replicação interna, técnicas de validação,
102 Conceitos Tolerância a Faltas Sistema Componente Componente Falta Erro Falha Falta Erro Falha Uma barreira impede que a falha se propague 102
103 Conceitos Tolerância a Faltas Propriedade de sistemas que não falham necessariamente ao se deparar com uma falta Sistemas Tolerantes a Faltas São sistemas capazes de tolerar faltas encontradas durante a sua execução Técnicas de Tolerância a Faltas Permitem prevenir falhas contornando as faltas que os sistemas podem vir a apresentar 103
104 Tipos de Faltas Classificação em relação à sua origem: Física: causada pelo hardware De projeto: introduzida durante a fase de projeto do sistema De interação: ocorrida nas interfaces entre componentes do sistema ou na interação com o mundo exterior Classificação em relação à sua natureza: Acidental ou Intencional Maliciosa ou Não 104
105 Tipos de Faltas Classificação em relação ao seu surgimento: Na fase de desenvolvimento do sistema Na fase de operação do sistema Classificação em relação à sua localização: Interna Externa Classificação em relação à persistência: Temporária Transiente ou Intermitente Permanente 105
106 Tipos de Faltas Classificação com base no modelo de faltas: Faltas Omissivas Crash: deixa de funcionar permanentemente Omissão: sistema deixou de fazer o que deveria em um determinado instante Temporal: sistema atrasou-se para executar uma determinada ação Faltas Assertivas Sintática: formato da saída é inadequado Semântica: saída apresenta valor incorreto Faltas Arbitrárias: omissivas + assertivas 106
107 Tipos de Faltas Os tipos de faltas mais freqüentes são: Faltas de operação e administração: 42% Faltas de software: 25% Faltas de hardware: 18% Faltas de ambiente: 14% Fonte: Jim Gray. Why do Computers Stop and What Can Be Done About It? IEEE SRDS 85. Estudos mais recentes confirmam estes dados 107
108 Replicação Tolerância a faltas pode ser obtida através do uso de recursos redundantes Redundância pode ser aplicada das seguintes maneiras: Redundância Temporal: repetir uma mesma tarefa até que um resultado válido seja obtido Redundância de Valores: replicar um dado armazenado ou enviado pela rede Redundância Espacial: usar várias réplicas de um componente de hardware ou software 108
109 Replicação Uso de réplicas aumenta a disponibilidade Exemplo: se a probabilidade de perda de uma mensagem na rede é de 2% (disponibilidade de 0,98), se duplicarmos todas as mensagens, a chance de se perder as duas cópias será de 0,04% (disponibilidade de 1-0,02 2 =0,9996) Exemplo 2: se um servidor fica indisponível durante 8 horas a cada ano (disponibilidade de 0,999), se criarmos 3 réplicas teremos uma parada total de 3,15 segundos em um século (disponibilidade de 1-0,001 3 = 0, ) 109
110 Replicação O acesso a serviços ou dados replicados deve ser transparente para o usuário Usuário deve acessar o dado ou serviço replicado da mesma forma que o faria se não houvesse replicação Se for preciso manter a consistência dos dados replicados, este processo deve ser efetuado automaticamente pelas réplicas Mesmo que mais de uma réplica responda a uma requisição, apenas uma resposta deve ser entregue ao usuário 110
111 Replicação Técnicas de Replicação Definem como as réplicas se comportarão durante o funcionamento normal do sistema e sob a presença de faltas Principais Técnicas de Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Replicação Ativa Replicação Semi-Ativa (Líder-Seguidores) Replicação Preguiçosa (Lazy ) 111
112 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) São criados um ou mais backups de um componente (primário) com o objetivo de substituí-lo em caso de falha Funcionamento com propagação de estado instantânea: Primário recebe requisições, as executa, atualiza o estado dos backups e retorna o resultado ao cliente 112
113 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) 1.Requisição 2.Executa Primário Cliente 4. Resposta 3. Estado Backup Máquina 1 Máquina 2 113
114 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Em caso de falha do primário, um backup será escolhido para assumir o seu lugar O backup escolhido terá o mesmo estado do primário até a última requisição executada Uma requisição em execução durante a falha pode ser recuperada pelo cliente reenviando a requisição ao novo primário Atualização de estado a cada requisição causa uma sobrecarga considerável no primário 114
115 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Funcionamento com log e checkpoints : As requisições de clientes são enviadas ao primário e ao(s) backup(s) Primário executa as requisições e responde aos clientes Backup recebe as requisições mas não as executa apenas as registra em um log O estado do primário é transferido para o(s) backup(s) em instantes predeterminados chamados de checkpoints 115
116 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Funcionamento com log e checkpoints (cont.): O backup limpa o log a cada checkpoint Em caso de falha do primário, o backup escolhido para assumir o seu lugar terá o estado do primário no último checkpoint Para chegar ao mesmo estado do primário no instante da falha, o backup escolhido executa as requisições registradas no log 116
117 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) 3.Resposta Cliente 2.Executa Primário 1.Requisição Backup 2.Registra log Máquina 1 Máquina 2 117
118 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Procedimento executado a cada Checkpoint : Máquina 1 Primário 1.Transfere Estado 2.Limpa Log Máquina 2 Backup log 118
119 Replicação Replicação Passiva (Primário-Backup) Considerações: O(s) backup(s) consomem muito pouco poder de processamento, pois não precisam processar as requisições O primário tem a obrigação de salvar seu estado e enviar ao(s) backup(s), o que consome processamento e largura de banda Transferência de estado pode ser incremental Quanto maior o intervalo entre checkpoints, menor a sobrecarga no primário, e maior o tempo de recuperação de falhas 119