Sistemi Distribuiti Introduzione al corso

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1 Altri testi di consultazione Sistemi Distribuiti Introduzione al corso Testo di riferimento G.Coulouris, J.Dollimore and T.Kindberg Distributed Systems: Concepts and Design IV Ed., Addison-Wesley 2005 A. Tanenbaum Distributed Systems, Prentice-Hall 2002 S. Mullender Distributed Systems, Addison-Wesley 1993 A. Tanenbaum Computer Networks, Prentice-Hall (Reti di Calcolatori, Jackson Ed.) Crediti: 6 Docente: Simonetta Balsamo sito: Contenuti Concetti fondamentali e principi di progetto dei sistemi di elaborazione distribuiti (SD) Caratteristiche, architettura hw e sw, classificazione e progetto dei SD Richiami di reti di calcolatori, struttura, architettura e protocolli e Interconnessione Comunicazione: chiamata e invocazione remota in ambito distribuito Middleware Name service Algoritmi distribuiti (tempo, consenso, coordinamento) Coordinamento in SD (tempo, orologi, mutua esclusione, elezione, stallo) Condivisione di dati e coerenza (replicazione, transazioni) Sistemi operativi distribuiti (thread, mutua esclusione, migrazione) Tolleranza ai guasti in SD File system distribuito Casi di studio: oggetti distribuiti, documenti distribuiti, coordinamento Nuove tecnologie: mobilità (codice e agenti), sistemi peer-to-peer, ubiquitous networks SD1.2 Organizzazione del libro di testo e del corso Sistemi distribuiti - motivazioni Fondamenti 1 Caratteristiche dei S.D. 2 Modelli di Sistemi 3 Reti ed interconnesione (richiami) 4 Interprocess Communication Middleware 5 Oggetti Distribuiti e RMI 7 Sicurezza 9 Name Services 17 Web Services Infrastruttura del sistema 6 Supporto al sistema operativo 8 File Systems Distribuiti 18 Memoria condivisa distribuita Algoritmi distribuiti 11 Tempo e stato globale 12 Coordinamento e cooperazione Dati condivisi 13 Transazioni e Controllo della Concorrenza 14 Transazioni distribuite 15 Replicazione Nuovi paradigmi 10 Sistemi Peer to Peer 16 Mobile and Ubiquitous computation Sviluppo dei sistemi di comunicazione Riduzione dei costi e progressi tecnologici Reti di calcolatori e sistemi interconnessi: soluzione adeguata a molti problemi ed ambienti Sviluppo di applicazioni Caratteristiche richieste, possibili vantaggi: condivisione di risorse eterogeneità affidabilità estendibilità/scalabilità prestazioni elevate trasparenza SD1.3 SD1.4 1

2 Sistemi distribuiti - definizioni 1/3 Sistemi distribuiti - definizioni 2/3 hardware Sistema di elaborazione: software di sistema (dati e controllo) software applicativo (dati e controllo) Difficile demarcazione (e.g. sistemi real-time, elab. dati) hardware distribuito Sistema distribuito e/o controllo distribuito e/o dati distribuiti hardware: unità di elaborazione ( 2) interconnessione rete di comunicazione distribuzione fisica dell'applicazione distribuzione funzionale del sistema controllo: gestione delle risorse fisiche e logiche coordinamento delle attività dell U.E. strategie centralizzate, gerarchiche, distribuite dati: risorsa da gestire distribuzione: replicazione, partizione (copie multiple a diverse locazioni, porzioni dei dati a diverse locazioni) tolleranza ai guasti prestazioni Hardware Controllo Dati Omogeneo Eterogeneo master-slave completa replicazione Special-purpose Omogeneo autonomo directory non General-purpose su transazioni compl. replicate Eterogeneo autonomo dati e directory General-purpose compl. cooperativo locali SD1.5 SD1.6 Sistemi distribuiti - definizioni 3/3 Sistemi distribuiti - caratteristiche sistemi distribuiti sistemi paralleli singola applicazione Concorrenza Unità autonome e asincrone sistema distribuito Condivisione di risorse - coordinamento un sistema costituito da più unità di elaborazione autonome che supportano un insieme di processi e/o di basi di dati e che interagiscono cooperando per raggiungere un dato obbiettivo. I processi si coordinano e si scambiano informazione tramite una rete di comunicazione Mancanza di tempo globale Guasti indipendenti delle u.e. SD1.7 SD1.8 2

3 Sistemi distribuiti - obbiettivi Esempio: Tipica parte di economia condivisione di risorse: riduzione dei costi - maggior elaborazione locale, distribuita tecniche di compressione - protocolli efficienti di comunicazione software modularità - progetto, verifica, modifica, mantenimento, riuso flessibilità ed estendibilità, gestione dell eterogeneità chiare e semplici interfacce software, hardware - middleware protocolli standard di comunicazione disponibilità ed integrità gestione dei guasti hardware e sofware - risorse critiche, replicazione tecniche di riconoscimento dei guasti e recupero degradazione controllata delle prestazioni prestazioni tempo di risposta - throughput riduzione dei colli di bottiglia - parallelismo località e distribuzione del controllo sicurezza - efficienza trasparenza intranet ISP satellite link desktop computer: server: network link: ISP: Service Provider backbone SD1.9 SD1.10 Esemio: Tipica intranet Esempio: sistema distribuito a componenti mobili Server di stampa e altri servers server Desktop computers Web server server Local area network Host intranet Wireless LAN WAP gateway Home intranet il resto di File server router/firewall stampante altri servers Stampante Mobile phone Laptop Macchina fotografica Host site PDA: personal digital assistant WAP: wireless application protocol SD1.11 SD1.12 3

4 Sistemi distribuiti - problemi aperti Sistemi distribuiti - problemi aperti condivisione di risorse gestione della eterogeneità gestione della concorrenza openess sicurezza scalabilità gestione dei guasti trasparenza SD1.13 eterogeneità reti: protocolli e servizi unità di elaborazione sistemi operativi linguaggi - applicazioni middleware strato intermedio per rendere trasparente l eterogeneità e fornire un unico modello di calcolo (protocolli, SO, hw, linguaggi), es. CORBA, RMI (Remote Method Invocation) mobilità: codice mobile es. Java applets - macchine virtuali per esportabilità openess estendibilità - uniformità - gestione eterogeneità documentazione e specifica - es. RFC (Request For Comments) QoS: Quality of Service: prestazioni, affidabilità, sicurezza gestione dei guasti identificazione - mascheramento - recovery tolleranza ai guasti - disponiblità ridondanza SD1.14 Esempio - World Wide Web Web servers e web browsers sistema di pubblicazione ipertestuale e accesso a risorse e servizi, basato su applicazioni sw : browser sistema aperto, estendibile (applicazioni, risorse, funzionalità ) ulitizza: standard per la comunicazione, per i documenti Architettura client-server HyperText Markup Language (HTML) - linguaggio di specifica HyperText Transfer Protocol (HTTP) - protocollo Uniform Resorurce Locator (URL ) - identificatori di risorse o documenti protocollo:identificatore-specifico dello schema esempio più recentemente: Extensible Markup Language (XML) - formato universale per documenti e dati strutturati Web servers File system of Activity.html Protocols Browsers SD1.15 SD1.16 4

5 Computers vs. Web servers in Data Computers Web servers 1979, Dec , July 130, , July 56,218,000 5,560, , Jan. 171,638,297 35,424,956 Data Computers Web servers Percentuale 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, , July 42,298,371 crescita in scala logaritmica del numero di Hosts collegati ad SD1.17 Numero di Hosts collegati ad 1977: 111 hosts su 1981: 213 hosts 1983: 562 hosts 1984: 1,000 hosts 1986: 5,000 hosts 1987: 10,000 hosts 1989: 100,000 hosts 1992: 1,000,000 hosts 2001: milioni di hosts 2002: oltre 200 milioni di hosts 2005: oltre 350 milioni di hosts Fonte: Society crescita logaritmica del numero di siti Web 5

6 1990: 1 sito 1991: 10 siti 1992: 50 siti 1993: 623 siti 1994: 10,022 siti 1995: oltre 23,000 siti 1996: oltre 250,000 siti 1998: oltre 3,500,000 siti 2000: oltre 25 milioni siti 2001: oltre 36 milioni siti 2003: oltre 45 milioni siti 2005: oltre 70 milioni di siti Numero di siti web collegati ad Fonte: Society Trasparenze Trasparenza di accesso: permette di accedere risorse locali e remote con le stesse operazioni. di rete Trasparenza di locazione: permette di accedere alle risorse senza conoscere la locazione. Trasparenza di concorrenza: permette ad un insieme di processi di operare concorrentemente condividendo risorsee e senza intereferire fra loro. Trasparenza di replicazione:permette l uso di copie multiple di risorse per aumentare l affidabilità e le prestazioni, senza che gli utenti ne abbiano conoscenza. Trasparenza ai guasti : permette il mascheramento dei guasti in modo che gli utenti possano completare le operazioni richieste anche in presenza di guasti di componenti hardware o software. Trasparenza alla mobilità permette di spostare le risorse e i clienti in un sistema senza influenzare le operazioni di utente. Trasparenza alle prestazioni: permette di riconfigurare il sistema al variare del carico per migliorare le prestazioni. Trasparenza di scalabilità: permette al sistema e alle applicazioni di espandersi in modo scalabile senza modificare la struttura del sistema o gli algoritmi applicativi. SD1.22 6

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