Reti di Calcolatori COMMS Reti di Calcolatori 1. Il modello Client/Server. I Sistemi di Rete

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1 Reti di Calcolatori INFOS COS Reti di Calcolatori 1 I Sistemi di Rete Dal punto di vista del programmatore o dell utente la rete è il servizio di interconnessione tre due o più unità computazionali r Unità computazionale si intende un sistema in grado di eseguire delle istruzioni ed in generale del codice. Un Computer monoprocessore è una unità computazionale In un sistema multi-processore ogni CU è una singola unità computazionale Un sistema di rete è quindi un sistema parallelo, in grado di eseguire più processi contemporaneamente Il legame e l interazione tra questi processi avviene attraverso i servizi di interconnessione La sincronizzazione tra i processi e, in generale il Coordinamento tra i processi è critico per il buon funzionamento del sistema Un sistema di rete ha una quantità di risorse a disposizione superiore ad un sistema isolato con una singola unità computazionale Le interazioni a basso livello sul servizio di rete si basano sul concetto di messaggio: le sequenze sincrone o a sincrone di messaggi per il coordinamento di due processi sono regolati dai protocolli I protocolli possono avere diverse caratteristiche, possono essere definiti ad hoc dall utente oppure regolati da uno standard Reti di Calcolatori 2

2 Dai Sistemi di Rete ai Sistemi Distribuiti Come un Sistema Operativo astrae la macchina digitale sottostante per ottenere una più potente gestione dello strumento hardware, allo stesso modo vengono creati (nel sistema operativo e non solo) astrazioni del supporto di rete per permettere un miglior uso delle risorse distribuite nelle diverse unità computazionali Definizione di Sistema Distribuito: Insieme di sistemi distinti per località che cooperano per ottenere risultati coordinati Distinti per Località: le diverse unità computazionali hanno una loro autonomia di computazione; per località si intende il contesto di esecuzione locale ad una specifica unità computazionale Cooperano: si coordinano per ottenere un risultato comune La complessità di un sistema distribuito è maggiore rispetto ad un sistema isolato Un sistema isolato è un sistema deterministico e chiuso Un sistema distribuito è invece aperto e quindi potenzialmente non deterministico Esempio: i Generali Bizantini: Lo scambio di messaggi tra gli eserciti può non essere corretto Reti di Calcolatori 3 Sistemi Il modello Distribuiti Client/Server Valore della Soluzione Avere un sistema distribuito mi permette di: accedere a risorse remote condividere localmente risorse remote Ottenere Sistemi di grandi dimensioni con moltissime risorse In più offre diverse nuove possibilità: replicazione delle risorse bilanciare uso delle risorse tollerare fallimenti di risorse garantire qualità delle operazioni DINAICITÀ del SISTEA aggiungere risorse al sistema aperto QUALITÀ dei SERVIZI (QoS) TRASARENZA della ALLOCAZIONE Legge di Grosh Il migliore bilancio costo/performance si ottiene sempre con un monoprocessore mainframe (senza problemi di memoria e I/O) ovviamente con i limiti alla potenza di calcolo velocità della luce costi elevati aumentando l'integrazione Reti di Calcolatori 4

3 Sistemi Il modello Distribuiti Client/Server Complessità Il sistema ha però seri problemi teorici e pratici TERINAZIONE DEI ROGRAI COLESSITÀ DEI ROGRAI CORRETTEZZA EFFICIENZA Concorrenza: moltissime attività (processi) possono essere in esecuzione Nessun tempo globale: nessuna sincronicità degli orologi di un sistema distribuito Fallimenti indipendenti: molte cause di fallimento, crash di macchine e possibili problemi di rete Reti di Calcolatori 5 Le Architetture di Rete Local Area Network LAN - Wide Area Network WAN Sistemi Eterogenei di reti fisse e mobili Strutture topologiche e configurazioni dinamiche Diversi modalità di accesso ed estrema varietà di dispositivi REQUISITI tecnologici ed economici affidabilità tolleranza ai guasti condivisione delle risorse eterogeneità degli accessi uniformità in crescita e scalabilità indipendenza dal numero dei nodi del sistema apertura del sistema capacità di evoluzione secondo necessità COS INFOS.. - adeguamento alle richieste distribuite domande distribuite (prenotazioni aeree) Reti di Calcolatori 6

4 rogetto di un programma (Applicazione) Distribuita roblema Applicazione Sistema Operativo Architettura Algoritmo mapping codifica binding Tecnologia Linguaggio di Alto Livello Reti di Calcolatori 7 rogetto di un programma (Applicazione) Distribuita Algoritmo: Risoluzione astratta codifica in un opportuno linguaggio di alto livello SVILUO in uno o più linguaggi AING Configurazione: come divido il lavoro Decisioni di allocazione per l'architettura scelta: chi fa cosa DELOYENT decisioni specifiche per la esecuzione sulla architettura BINDING aggancio delle entità di programma sulle risorse di sistema Si possono prendere molte decisioni prima della esecuzoine: politiche prefissate e non variabili o adattabili Gestione Statica il binding può essere differito alla esecuzione Gestione Dinamica del binding delle risorse Reti di Calcolatori 8

5 odelli Computazionali La quasi totalità dei sistemi general purpouse si basano sul modello Von Neumann modello sequenziale con una sola capacità di esecuzione In un sistema di rete mi trovo ad avere quindi una molteplicità di macchine di von Neumann che lavorano su flussi di esecuzioni parallele. Devo quindi costruire dei modelli di esecuzione considerando la molteplicità dei flussi di dati e di esecuzione Single Instruction ultiple Data (SID) ultiple Instruction ultiple Data (ID) Classificazione di Flynn: Data stream/ Instruction Stream Unico flusso di istruzioni Flussi ultipli di istruzioni Unico flusso dati SISD (von Neuman) ISD (pipeline) Flussi di dati multipli SID (sistemi vettoriali) ID (macchine multiple) Reti di Calcolatori 9 Sistemi ID e SID rocessori e Controllo ID rocessori e Controllo SID Unica Unità di Controllo Reti di Calcolatori 10

6 Sistemi ID ulticomputer rocessore rocessore rocessore Cache emoria rocessore di Reti di Calcolatori 11 rocessori emorie tra processori e memorie Reti di Calcolatori 12

7 Accesso alla memoria rocessori emorie rocessori emorie tra processori e memorie tra processori e memorie Uniform emory Access NON Uniform emory Access Reti di Calcolatori 13 odelli a emoria condivisa o non condivisa La memoria condivisa costa: Se la architettura non permette una veloce interconnessione tra i nodi diventa molto costoso accedere alla memoria di un altro nodo. Due o più entità computazionali che accedono alla stessa risorsa di memoria devono sincronizzarsi, con il conseguente hoverhead di coordinamento. Si sono quindi affermati nel tempo due modelli principali basati sulla presenza o meno della astrazione di memoria condivisa: In assenza di memoria condivisa, i nodi non possono utilizzare la memoria per il coordinamento; lo scambio di messaggi diventa quindi lo strumento primario di comunicazione È compito del sistema operativo creare astrazioni più potenti e flessibili al di sopra del semplice modello a scambio di messaggi Reti di Calcolatori 14

8 Riassumendo Qualsiasi sistema interconnesso è un sistema di rete, al di sopra dei sistemi di rete vengono costruite astrazioni che permettono di usare in modo più efficiente le risorse a disposizione La seguente tabella riassume le caratteristiche delle diverse architetture: Architettura Architetture parallele (decine di processori) Architetture a parallelismo massiccio (centinaia o migliaia) Architetture di rete LAN (local area network) Architetture di rete WAN (wide area network) odello di Coordinamento emoria condivisa Scambio di messaggi Scambio di messaggi Scambio di messaggi Applicazioni Grosse necessità di calcolo Esigenze specifiche Condivisione di risorse Internet-like Reti di Calcolatori 15 Il odello Cliente Servitore Servitore: entità computazionale in grado di eseguire una specifica prestazione per altre entità (in grado cioè di offrire un servizio) Cliente: entità computazionale che richiede ad un servitore l esecuzione di una specifica presatazione Il rapporto cliente servitore è il principio su cui è possibile costruire applicazioni distribuite: Banalmente, se un cliente risiede in un nodo e la risorsa è disponibile in un altro, deve per forza appoggiarsi ad una servitore locale alla risorsa per utilizzarla Qualsiasi tipo di interazione è assimilabile ad un rapporto C/S Una relazione C/S è ottenibile con diversi meccanismi di comunicazione Sul modello C/S vengono costruiti gli standard sia di comunicazione sia di servizi per la costruizione di sistemi aperti Reti di Calcolatori 16

9 I meccanismi di comunicazione tra entità Scambio di messaggi (message passing): due entità possono dialogare attraverso uno scambio di messaggi. È il meccanismo di più basso livello. Qualsiasi sistema di interconnessione è in grado di supportarlo. Il principio di comunicazione basato su messaggi è il principio del request/response: messaggi sincroni: il cliente si ferma in attesa della risposta messaggi asincroni: il cliente prosegue nella sua esecuzione e periodicamente (polling) o mediante un meccanismo di wake up (eventi) verifica le risposte ricevute Chiamata a rocedura Remota (RC Remote rocedure Call): possibilità di invocare una funzione di un servizio remoto come fosse una libreria locale. È un meccanismo di alto livello che sintetizza il rapporto cliente servitore attraverso un set di procedure messe a disposizione in remoto dal servitore RI: è la estensione in un contesto Object Oriented della RC : Remote ethod Invocation emoria Condivisa (Shared emory onitor): due entità comunicano attraverso un area di memoria condivisa. Il monitor è l oggetto che si occupa di gestire la memoria in modo sincronizzato. Il cliente deposità nel monitor la sua richiesta ed il servitore legge e risponde attraverso lo stetto monitor Reti di Calcolatori 17