Table of Contents. Definizione di Sistema Distribuito 15/03/2013

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1 Insegnamento: Sistemi Distribuiti - 6 cfu LM Ing. Informatica Docente: Prof. Marcello Castellano Table of Contents Definizione di Sistema Distribuito Definizioni e Principali Caratteristiche Accessibilità delle risorse - 8 Trasparenza 9 Apertura - 10 Scalabilità - 11 Sistemi di Calcolo Distribuiti 14 Grid Computing - 15 Sistemi Informativi Distribuiti - 16 Sistemi Distribuiti Pervasivi Definizione di Sistema Distribuito Un sistema distribuito è una collezione di computer indipendenti che appare ai propri utenti come un singolo sistema coerente È costituito da componenti (computer) autonomi; Gli utenti (umani e programmi) hanno l impressione di aver a che fare con un unico sistema monolitico; Componenti autonomi sono chiamati a collaborare. In che modo far avvenire questa collaborazione? Differenze tra i vari computer e loro modalità di comunicazione nascosti all utente; Utenti e applicazioni differenti possono interagire con il sistema distribuito in modo consistente ed uniforme indipendentemente da dove e quando avviene l interazione. 4 1

2 Identificare un Sistema Distribuito Utenti e applicazioni differenti possono interagire con il Sistema Distribuito in modo consistente* ed uniforme** indipendentemente da dove e quando avviene l interazione È una diretta conseguenza del disporre computer indipendenti nascondendo la loro reale partecipazione all utente finale: Un sistema distribuito deve essere sempre disponibile, anche se alcune parti possono risultare temporaneamente fuori uso Utenti e applicazioni non devono notare la sostituzione riparazione e aggiunta di nuovi componenti 5 Identificare un Sistema Distribuito Sono spesso organizzati con uno strato (layer) di software, logicamente posizionato tra uno strato di livello superiore costituito dagli utenti e dalle applicazioni e uno strato di livello inferiore costituito dai Sistemi Operativi e dalle funzionalità di comunicazione di base Di conseguenza si chiama middleware il livello che caratterizza questa organizzazione nei sistemi distribuiti: Il livello centrale (middleware) offre a ogni singola applicazione ed a ogni SO la stessa interfaccia 6 Il fatto che sia possibile costruire sistemi distribuiti non significa necessariamente che sia una buona idea. In linea di principio un SD si porta nel proprio DNA alcune caratteristiche facili da conferire in quanto naturali quali: l Espandibilità, la Scalabilità e la Disponibilità. Principali obiettivi che è possibile raggiungere costruendo un sistema distribuito 1. Accessibilità delle risorse 2. Trasparenza 3. Apertura 4. Scalabilità Fidonet rete e sistema interconnesso per lo scambio ed il trasporto di file e messaggi usato dalle BBS (Bulletin Board System) Usenet rete mondiale di migliaia di server interconnessi ognuno dei quali raccoglie articoli e news 7 2

3 Accessibilità delle risorse Accesso Semplificato da parte di utenti e applicazioni Condivisione Efficiente e Controllata Collaborazione e Scambio di Informazioni: Groupware Editing Collaborativo Tele Conferenza Commercio Elettronico Posta Elettronica.. Misure di Sicurezza 8 Trasparenza Le caratteristiche spazio-temporali e di formato delle risorse non devono limitarne l uso Aspetti riguardanti la Trasparenza: i più importanti TRASPARENZA ACCESSO UBICAZIONE MIGRAZIONE RIPOSIZIONAMENTO REPLICA CONCORRENZA GUASTO DESCRIZIONE Nasconde le differenze nella rappresentazione dei dati e nella modalità d accesso alle risorse Nasconde dov è localizzata una risorsa Nasconde l eventuale spostamento di una risorsa Nasconde la possibilità di spostare una risorsa mentre è in uso Nasconde la replica di una risorsa Nasconde la condivisibilità di una risorsa da parte di molti utenti contemporaneamente Nasconde il malfunzionamento e la riparazione di una risorsa Sistemi Distribuiti, LM Ing. Informatica 6 CFU Docente: Marcello Castellano 9 Apertura Un SD che offre servizi descrivendone la sintassi e la semantica attraverso una notazione fatta da regole standard è detto Aperto. I Servizi sono dettagliati dalle interfacce Interfacce definite via Interface Definition Language (IDL) Una Definizione di Interfaccia Opportunamente Specificata (DIOS) deve risultare Completa e Neutrale Implementazioni di SD che si basano su una stessa DIOS sono fortemente orientate alla Interoperabilità e Portabilità 10 3

4 Flessibilità o Adattabilità e Ampliabilità Per ottenere la flessibilità organizzare un SD come un Insieme di Componenti: relativamente piccolo; facilmente sostituibile; facilmente adattabile l aggiunta di nuovi componenti dovrebbe essere facile e non influire sui componenti già presenti Ampliabilità; Occorre separare la politica dal meccanismo (ossia il cosa fare dal come lo si fa) 11 Scalabilità Indica la capacità di un SD di mantenere o migliorare le proprie prestazioni al variare: delle risorse disponibili del numero di richieste (+ utenti) della distanza tra risorse e utenti del numero di domini amministrativi coinvolti Concetto Servizi Centralizzati Dati Centralizzati Algoritmi Centralizzati Alcuni Limiti Esempio Un solo server per tutti gli utenti Un singolo elenco telefonico online Effettuare il routing basato su informazioni complete 12 Scalabilità: le tecniche principali Evitare le latenze nella comunicazione (1) Distribuzione Replicazione o caching (1) Esempi di comunicazione sincrona tra client e server: 13 4

5 Scalabilità: la tecnica della Distribuzione Un Componente di un SD viene scomposto e le sue parti vengono distribuite nel sistema. Distribuzione Spaziale di una Connessione: Switching Systems per la creazione di Connessioni via commutazione di circuito e di pacchetto; Distribuzione dei Nomi: Domain Name System di Internet per la risoluzione dell associazione Nome : Indirizzo; 14 Sistemi di Calcolo Distribuiti Sistemi Informativi Distribuiti Sistemi Distribuiti Pervasivi 15 Sistemi di Calcolo Distribuiti: il Cluster Computing Insieme di nodi ad alte prestazioni interconnessi tramite una LAN ad alta velocità (nodi con stesso SO, Hw simile, stessa rete) Focus su alte prestazioni (HPC) Organizzazione gerarchica con un singolo nodo principale o una Single System Image Organizzazione gerarchica (Cluster Beowulf) 16 5

6 cc Sistemi di Calcolo Distribuiti: il Grid Computing nodi eterogenei; condivisione delle risorse anche di diversi domini amministrativi: le organizzazioni virtuali. Architettura a 4 livelli di specificità: Fabric layer - interfaccia le risorse locali; Connectivity protocolli di comunicazione per: transazioni grid su + risorse; L accesso in sicurezza di utenti e risorse Resource layer gestione delle singole risorse; Collective layer regola e amministra le attività su risorse multiple. 17 Sistemi Informativi Distribuiti I Sistemi Informativi adottano il modello classico richiesta/risposta tra un client ed un singolo server. Nei Sistemi Informativi Distribuiti lo schema richiesta/risposta è più complesso. Sistemi Transazionali Distribuiti Integrazione di Applicazioni Aziendali 18 Sistemi Informativi Distribuiti: I Sistemi Transazionali Distribuiti Tipicamente database, operano tramite transazioni che incapsulano speciali primitive fornite dal s.d., ma anche istruzione ordinarie e chiamatea procedure remote (RPC). Devono rispettare le proprietà ACID (atomicity, consistency, isolation, durability). Nei s.d. le transazioni si scompongono in sottoproblemi annidati, dando luogo ad una gerarchia di dipendenze gestita in base a opportune politiche. PRIMITIVA BEGIN_TRANSACTION END_TRASACTION ABORT_TRANSACTION READ WRITE DESCRIZIONE segna l inizio di una transazione Termina la transazione e prova a rendere effettive le modifiche Interrompe la transazione e ripristina i vecchi valori Legge i dati da un file, una tabella o altro Scrive i dati su un file, una tabella o altro 19 6

7 Sistemi Informativi Distribuiti: I Sistemi Transazionali Distribuiti I dati sono distribuiti su basi di dati indipendenti, per cui è necessario utilizzare transazioni distribuite, meglio conosciute come Transazioni Annidate, che sono costruite da un certo numero di sottotransazioni Un approccio possibile è sviluppare un componente del middleware denominato Transaction Processing monitor (TP Monitor), a tutti gli effetti un gateway delle richieste client. 20 Sistemi Informativi Distribuiti: Integrazione di applicazioni aziendali Le applicazioni informatiche sono separate dalle basi di dati su cui operano e collaborano tra loro per il raggiungimento di un obiettivo aziendale comune. In questa situazione l esigenza è di far comunicare tra loro le applicazioni (middlewaredi comunicazione) -Remote procedure call (RPC) -Remote method invocation (RMI) -Publish/Subscrive - Middleware orientato ai messaggi (MOM) middleware come strumento di comunicazione nell integrazione di applicazioni aziendali 21 Sistemi Distribuiti Pervasivi Nuova generazione di SD in cui i nodi (mobili o embedded) sono più semplici e mobili (viene spesso utilizzata la rete wireless) come ad esempio reti domesticheo sistemi elettronici quali le reti di sensori. I requisiti fondamentali per questo tipo di sistemi sono: Gestione del Cambio di Contesto (ogni dispositivo è parte di un ambiente che può cambiare in qualsiasi momento il middleware deve farsi carico di questo cambiamento) Incoraggiare la Composizione ad hoc (ogni nodo può essere usato in modi moltodiversi da utenti differenti) La Condivisione come funzionalità di base (i nodi sono dinamici e forniscono informazioni e servizi da condividere) Pervasività e Trasparenza spesso sono incompatibili (In questi casi è preferibile rendere visibile la distribuzione ) 22 7

8 Sistemi Distribuiti Pervasivi: esempi Sistemi domestici Obiettivi: sistemi completamente auto-configuranti ed autogestiti No amministratore di sistema Gestione dello spazio privato di ciascun utente Soluzione più semplice: home-box centralizzata? Sistemi elettronici x assistenza sanitaria e sicurezza sul lavoro. Dispositivi vicini alla persona dove/come salvare dati monitorati come prevenire perdita dati cruciali come generare/propagare allarmi come garantire sicurezza e robust. 23 Sistemi Distribuiti Pervasivi: esempi Rete di sensori Nodi a cui i sensori sono collegati: Molti ( ) Spesso alimentati a batteria (o senza) Semplici Le reti di sensori sono SD Paragonabili a basi di dati distribuite (a) Memorizzazione ed elaborazione dei dati in una base di dati centralizzata (b) Memorizzazione ed elaborazione dei dati solo nei sensori 24 Conclusioni Definizione di Sistema Distribuito Definizioni e Principali Caratteristiche Accessibilità delle risorse Trasparenza Apertura Scalabilità Sistemi di Calcolo Distribuiti Grid Computing Sistemi Informativi Distribuiti Sistemi Distribuiti Pervasivi /225 8

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