Sistemas Distribuídos: Conceitos, Características e Arquiteturas

Sistema Distribuído

É um sistema composto por hardware e elementos de software que se intercomunicam por meio de mensagens, utilizando técnicas de transferência em redes locais ou remotas.

Aplicações Distribuídas

É um componente de software que está disponível em diferentes computadores e até mesmo em arquiteturas diferentes, fornecendo as interfaces necessárias para que o usuário interaja com um sistema particular.

Características de Sistemas Distribuídos

• Heterogeneidade
• Extensibilidade
• Segurança
• Escalabilidade
• Tratamento de Falhas
• Concorrência
• Transparência

Heterogeneidade

É uma característica que descreve a diversidade de componentes de hardware, software e comunicações que podem ser implementados em um sistema distribuído.

Aplica-se a:

• Redes
• Hardware do computador
• Sistemas Operacionais
• Linguagens de Programação
• Implementações por diferentes desenvolvedores

Extensibilidade

É a característica que determina se o sistema distribuído pode ser estendido de várias maneiras, podendo ser aberto ou fechado em relação às áreas de hardware ou software.

Segurança

Esta tem a responsabilidade global pela proteção de dados e está dividida em três componentes principais:

• Confidencialidade: proteção contra acesso não autorizado.
• Integridade: proteção contra alteração ou corrupção.
• Disponibilidade: proteção contra interferência que impede o acesso aos recursos.

Escalabilidade

Este recurso foca na eficácia ou no desempenho que um sistema distribuído pode ter diante de um aumento no número de recursos e até mesmo no número de usuários.

Ajuda a prevenir o esgotamento de recursos de software.

Tratamento de Falhas

Refere-se a várias técnicas, algoritmos e/ou procedimentos para detectar e prevenir falhas. Alguns desses tratamentos são:

• Detecção de falhas (Checksums)
• Mascaramento de falhas (Broadcast)
• Tolerância a falhas (Usuários tolerantes)
• Failover (Rollback)
• Redundância

Concorrência

Refere-se à possibilidade de acesso simultâneo ou frequente aos serviços oferecidos por um sistema distribuído.

Transparência

Concentra-se no funcionamento dos componentes de um sistema distribuído, visando facilitar o acesso do usuário, a simultaneidade e as réplicas, sem expor os detalhes das funções internas.

• Transparência de Acesso
• Transparência de Localização
• Transparência de Concorrência
• Transparência de Replicação
• Transparência contra Falhas
• Transparência de Mobilidade
• Transparência de Desempenho
• Transparência de Ampliação

Modelos de Arquitetura

• Camadas de Software
• Arquiteturas de Sistema
• Interfaces e Objetos

Modelo de Arquitetura

Refere-se à distribuição ou organização de seus elementos e às relações entre os próprios componentes.

Camadas de Software

Relacionadas à estruturação do software em camadas em um único computador.

Camadas

São processos, um ou vários, localizados no mesmo ou em diferentes computadores, que oferecem serviços e atendem a solicitações.

Plataforma

A camada inferior oferece serviços para as camadas superiores e sua implementação depende de cada computador.

Middleware

É uma camada de software cujo objetivo é mascarar a heterogeneidade e fornecer um modelo de programação conveniente para programadores de aplicativos.

Arquiteturas de Sistemas

• Cliente-Servidor: O servidor pode ou não estar no mesmo computador que o cliente. Tanto o servidor quanto o cliente podem operar simultaneamente.
• Serviços Prestados por Vários Servidores: Servidores podem dividir o conjunto de objetos que servem e distribuí-los entre si.
• Servidor Proxy e Cache: Cache é um repositório de objetos de dados usados recentemente.
• Processo Ponto a Ponto (Peer-to-Peer): Todos os processos executam tarefas semelhantes, interagindo cooperativamente como iguais em uma atividade ou computação distribuída, sem distinção entre clientes e servidores.

Interfaces de Processo e Objetos

É a especificação do conjunto de funções que podem ser invocadas sobre ele.

• Em linguagens orientadas a objeto, o processamento distribuído pode ser construído de forma mais orientada a objetos. Referências a esses objetos são passadas para outros processos, que podem acessar seus métodos remotamente.
• Este é o método utilizado pelo CORBA e Java RMI.

Outros Modelos Arquitetônicos

• Código Móvel: O código da aplicação, essencialmente, são chamados de agentes.
• Agente Móvel: Um programa que se move pela rede de um computador para outro, executando uma tarefa para um usuário.
• Redes de Computadores: O software aplicativo necessário é baixado de um servidor remoto (PCOS).
• Thin Clients (Clientes Leves): O cliente executa apenas a interface baseada em Windows, enquanto o aplicativo é executado em um servidor remoto, que é frequentemente muito poderoso (clusters multiprocessador, etc.).

Requisitos de Projeto para Arquiteturas Distribuídas

Performance

• Resposta: Para obter bons tempos de resposta, os sistemas devem ser compostos por poucas camadas de software e a quantidade de dados transferidos deve ser pequena.
• Produtividade: Trabalho por unidade de tempo.
• Balanceamento de Carga: Utilização de applets, vários servidores ou computadores para hospedar um único serviço.

Qualidade de Serviço (QoS)

• QoS é a capacidade dos sistemas de atender a esses limites.
• Satisfazer esses requisitos depende da disponibilidade de recursos no momento certo.

Aspectos de Confiabilidade

• Correção
• Tolerância a Falhas
• Segurança:
  • Privacidade
  • Integridade
  • Disponibilidade

Tolerância a Falhas

Aplicações estáveis devem continuar a funcionar corretamente na presença de falhas de software, hardware e redes.

• É obtida através de redundância.
• Para tornar um protocolo de comunicação confiável, outras técnicas são usadas.

Segurança

• Pode ser vista como a necessidade de colocar dados sensíveis e outros recursos apenas em computadores equipados com mecanismos eficientes contra ataques.

Modelos Fundamentais

Modelo de Interação

Explora o desempenho e a dificuldade de estabelecer limites de tempo em um sistema distribuído.

Modelo de Falha

Tenta fornecer uma especificação precisa das falhas que podem ocorrer em processos e canais de comunicação.

Modelo de Segurança

Descreve as ameaças potenciais aos processos e canais de comunicação.