METAS DE PROJETO

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METAS DE PROJETO

• Introdução
• Questões Básicas de Projeto
• Requisitos do Usuário

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Características de um SD(Requisitos Genéricos de
Projeto)

• Compartilhamento de recursos
• Sistema Aberto
• (Openness)
• Concorrência

• Escalabilidade
• (Extensibilidade)
• Tolerância à Falha
• Transparência de Distribuição

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Introdução

• O projeto de SD objetiva alcançar as metas de
  projeto chaves
• Alta Performance
• Confiabilidade
• Escalabilidade
• Consistência
• Segurança

• Abordar as questões técnicas básicas de projeto
  que afetam o alcance destas metas.
• Focalizar arquiteturas de sistema e componentes
  usados para satisfazer os requisitos genéricos.

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Introdução

• O projeto e a implementação de SD deve ser
  aberto. O desenvolvimento de aplicações
  distribuídas frequentemente resulta na
  necessidade de adicionar novos serviços. Esses
  serviços devem ser projetados satisfatoriamente
  em conjunção com os serviços existentes e
  satisfazer padrões similares com respeito a metas
  de projeto chaves.

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Introdução

• Neste sentido o desenvolvimento de cada nova
  aplicação distribuída envolve decisões de projeto
  que objetivam as mesmas metas como no projeto
  inicial do sistema. Assim o conhecimento do
  projeto é indispensável, não somente no projeto
  inicial de SDs, mas também para o desenvolvimento
  de aplicações distribuídas.

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Introdução

• O que o projeto de um serviço distribuído envolve
  ?
• Metas específicas podem ser identificadas com
  respeito a cada das categorias listadas na Figura
  2.1 e, possivelmente, outras categorias
  específicas de serviço.

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Introdução

• Essas metas podem ser expressas na forma de
  declarações formais sobre o comportamento de um
  sistema, tal como
• o serviço continuará a estar disponível após
  a falha de qualquer processo servidor, que pode
  ser verificada, ou por análise do projeto ou por
  teste. O alcance de tais metas é uma medida do
  sucesso de um projeto.

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Introdução

• Nas seção 2.2 seguinte
• Principais problemas técnicos e imprevistos,
  para o alcance das metas de projeto chaves.
• Um bom projeto é mais do que resolver
  problemas técnicos e evitar imprevistos ele deve
  ser orientado para as metas em função dos
  desenvolvedores de software e dos usuários
  finais.

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Introdução

• As necessidades específicas de ambas destas
  classes (desenvolvedores de software e usuários
  finais) são notoriamente difíceis de identificar.
• Requisitos genéricos do usuário para sistemas
  distribuídos ( seção 2.3 )

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Questões Básicas de Projeto

• Questões que não são relacionadas à natureza
  distribuída de um sistema - tais como técnicas de
  engenharia de software, interação
  usuário-computador e projeto de algoritmo.
• Discussão de interesse questões que surgem
  especificamente da natureza distribuída do
  sistema.

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Questões Básicas de Projeto

• De natureza distribuída
• Nomeação
• Comunicação
• Estrutura do Software
• Alocação de Carga
• Manutenção de Consistência

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Questões Básicas de Projeto

• Nomeação (Naming)
• SDs são baseados compartilhamento de recursos
  e transparência de distribuição. Os nomes
  atribuídos a recursos ou objetos devem ter
  significados globais que são independentes da
  localização do objeto, e eles devem ser
  suportados por um sistema de interpretação de
  nomes.

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Nomeação

• O sistema de interpretação de nomes deve traduzir
  nomes, no sentido de habilitar programas
  acessarem recursos nomeados.
• Questão de projeto projetar esquemas de
  nomeação com escalabilidade para um grau
  apropriado, no qual nomes são traduzidos
  eficientemente para satisfazer metas apropriadas
  de performance.

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Nomeação

• A provisão de esquemas de propósito geral para
  nomeação de recursos é uma consequência
  necessária do compartilhamento de recursos.
• Esquemas de nomeação devem ser projetados para
  suportar escalabilidade e transparência de
  localização.

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Nomeação

• Serviços de nomes mantém a informação necessária
  para resolver nomes e prover um serviço de
  resolução de nomes para clientes.
• Seu projeto tem impacto sobre a performance,
  escalabilidade e na segurança de sistemas
  distribuídos.

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Questões Básicas de Projeto

• Comunicação
• A performance e a confiabilidade das técnicas
  de comunicação usadas para implementação de SDs
  são críticas para a performance do sistema.
• Altas velocidades de transmissão podem ser
  alcançadas nas redes (LAN ou WAM).
• Mas, ... ...

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Comunicação

• Mesmo com redes de alta velocidade, comunicação
  pode consumir tempo, por causa do número e
  complexidade das camadas de software envolvidas.
• Questão de projeto
• otimizar a implementação de comunicação em
  SDs, considerando um modelo de programação de
  alto nível para seu uso.

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Comunicação

• O projeto de subsistemas de comunicação,
  particularmente os modelos de comunicação para os
  quais eles são otimizados têm impacto sobre a
  performance e na abertura do sistema.
• Os modelos Cliente/Servidor e Multicast são os
  mais efetivos para a construção de SDs abertos e
  suas implementações eficientes são requisitos
  chave de projeto.

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Questões Básicas de Projeto

• Estrutura do Software
• A característica de ser aberto é alcançada
  através do projeto e construção de componentes de
  software com interfaces bem-definidas.
• Abstração de Dados é uma importante técnica de
  projeto para SDs. Serviços podem ser vistos como
  os gerenciadores de objetos de um determinado
  tipo de dados

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Estrutura do Software

• Abstração de Dados é uma importante técnica de
  projeto para SDs.
• Serviços podem ser vistos como gerenciadores de
  objetos de um determinado tipo de dados.
• A interface para um serviço pode ser vista como
  um conjunto de operações.

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Estrutura do Software

• Questão de projeto
• Estruturar um sistema de modo que novos
  serviços possam ser introduzidos, para
  trabalharem em conjunção com o serviços já
  existentes, mas, sem duplicação de elementos de
  serviços que já existem.

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Estrutura do Software

• Métodos para se estruturar software são
  requeridos para se alcançar os benefícios de
  abertura do sistema.

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Estrutura do Software

• As escolhas desses métodos se situam no domínio
  de projeto de sistemas operacionais (os métodos
  pelos quais os recursos básicos requeridos por
  todas as aplicações serão providos e o grau para
  o qual eles podem ser configurados e otimizados
  para satisfazer os requisitos do usuário).

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Alocação da Carga de Trabalho

• Sistema de Computação Centralizado
• Todos os recursos de processador e memória são
  disponíveis para alocação pelo SO, em uma maneira
  requerida pela carga de trabalho imposta pelo
  usuário corrente.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Sistema Distribuído Simples (Figura 1.1)
• A performance do processador e capacidade de
  memória de uma workstation determina o tamanho da
  maior tarefa que pode ser realizada por um
  usuário.
• Workstation-Server Model

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Alocação da Carga de Trabalho

• Existem vantagens substanciais para usuários
  em colocar os ciclos do processador perto do
  usuário, especialmente em aplicações altamente
  interativas.
• Modelo Workstation-Server. Mas, ... ...

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Alocação de Carga de Trabalho

• O simples modelo Workstation-Server não otimiza o
  uso de recursos de processamento e memória, e não
  habilita ao seu usuário, que tenha tarefa de
  computação exigindo grande poder de processamento
  e requerimento de memória, a obter recursos
  adicionais.

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Questões Básicas de Projeto

• Alocação de Carga de Trabalho
• Boa performance é um requisito para a maior
  parte dos produtos oriundos da engenharia, e é de
  interesse primordial para a maioria dos
  programadores e projetistas de sistemas.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Duas modificações no
• Workstation-Server Model
• Processor Pool Model
• Shared Memory Multiprocessor
• Computers

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Alocação da Carga de Trabalho

• Processor Pool Model (Figura 2.6)
• Inclui processadores que podem ser alocados
  para tarefas dos usuários, dinamicamente.
• Possibilita tarefas serem alocadas para
  workstations ociosas ou sub-utilizadas.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Shared-Memory Multiprocessors
• (Figura 2.7)
• Pode ser aplicado a ambos os modelos,
  especialmente para uma grande carga de
  computação, que pode ser manipulada por diversos
  processadores separados, como no caso de
  servidores muito sobrecarregados.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Alocação da Carga de Trabalho tem impacto na
  efetividade com qual os recursos de hardware de
  um SD são usados, e portanto, na performance
  total do sistema.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Computadores multiprocessadores de memória
  compartilhada são frequentemente usados para
  tarefas intensivas de processador em SDs.
• Abordagem para construção de software para o uso
  de workstation ociosas, para realizar tarefas
  computacionais de longa duração de execução, pode
  ser usada para alocação da carga de trabalho.

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Alocação da Carga de Trabalho

• Questão de Projeto para SDs
• Como dispor o processamento, a comunicação e
  os recursos, distribuídos em uma rede, visando
  obter um efeito ótimo no processamento de uma
  carga de trabalho que estará sempre mudando.

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Questões Básicas de Projeto

• Manutenção de Consistência
• Questões de consistência frequentemente surgem
  da separação dos recursos de processamento e da
  concorrência em SDs.

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Manutenção de Consistência

• Existem diversos problemas de consistência que
  podem surgir em SDs
• consistência de
• cache, clock, falha (failure), replicação,
  
• atualização (update) e interface do usuário.

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Manutenção de Consistência

• Sua significância para o projeto está no seu
  impacto sobre a performance de SDs e aplicações
  distribuídas.
• Questão de Projeto A manutenção de consistência
  em um custo razoável é talvez o mais difícil
  problema encontrado no projeto de um SD.

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Manutenção de Consistência

• A necessidade para consistência
• Quando dados compartilhados ou recursos são
  atualizados por diversos processos independentes
  e existe a necessidade para manter consistência
  entre cópias de dados replicados, incluindo o
  caso importante, no qual cópias ou partes de
  recursos são cached em computadores clientes.

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Requisitos do Usuário

• Consideração pelos projetistas de SDs das
  necessidades dos usuários potenciais.
• A maior parte dos SDs são projetados para prover
  facilidades de computação de propósito geral ...
• Os mais importantes requisitos que surgem em
  sistemas práticos

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Requisitos do Usuário

• Funcionalidade O que o sistema deve fazer
  para os usuários.
• Qualidade de Serviço Envolvendo questões
  sobre performance, confiabilidade e segurança.
• Reconfiguração A necessidade para um sistema
  acomodar mudanças sem causar desrupção da
  provisão de serviço existente.

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Requisitos do Usuário

• Habilitam usuários e programas de aplicação a
  explorarem as características especiais de
  sistemas distribuídos, sem comprometer as
  características-chaves e as metas de projeto já
  identificadas.

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Funcionalidade

• Quais serviços podem usuários e desenvolvedores
  de aplicação esperar de um sistema distribuído ?
  
• Quais aplicações os usuários podem rodar ?

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Funcionalidade

• Benefícios de Sistemas Distribuídos são
• (a) a economia e a conveniência
  proporcionada pelo compartilhamento de
  recursos de HW e de informação
• (b) o melhoramento potencial em performance
  e confiabilidade oriunda da separação dos
  componentes de software, de modo que possam ser
  executados em computadores separados.

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Funcionalidade

• O requisito mínimo para um sistema distribuído é
  a de que a funcionalidade provida por um tal
  sistema, não deve ser menor do que o usuário
  poderia esperar de qualquer um único computador
  isolado.

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Funcionalidade

• O requisito mais forte é que um sistema
  distribuído deve proporcionar um melhoramento com
  relação aos serviços providos por qualquer
  computador isolado, exceto, compartilhamento de
  recursos, através de uma ou ambas melhorias

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Funcionalidade

• Compartilhamento através de uma rede pode trazer
  uma variedade de recursos, do que poderia ser
  proporcionado por um único computador.
• Utilização das vantagens de distribuição pode ser
  possível a nível de API, de modo que aplicações
  que executam compartilhamento explícito,
  tolerância à falha ou aplicações paralelas podem
  ser programadas.

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Funcionalidade

• A maioria dos usuários estão interessados,
  principalmente, na questão de quais aplicações
  eles podem rodar.
• Por um lado, novas funcionalidades - aquelas que
  não existem em um sistema centralizado - podem
  ser providas em um sistema distribuído.

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Funcionalidade

• Por outro lado, já existe muito software, que
  roda em sistemas centralizados. Muito esforço e
  investimento financeiro foi feito para a produção
  e manutenção desse software. Assim, de um
  indivíduo ou organização que tenha investido
  nesse software, surge a questão

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Funcionalidade

• Esse software ainda trabalhará na transição para
  um novo sistema distribuído ?
• Algum software tem de ser substituído em uma
  transição para um sistema que explora as
  vantagens da distribuição ?

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Funcionalidade

• Existem quatro opções abertas, quando
  considerando a migração de computação
  centralizada multi-usuário, ou computação baseada
  em PC de um único usuário, para a computação
  distribuída

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Funcionalidade

• 1. Adaptar sistemas operacionais existentes
• Continua-se a usar sistemas operacionais
  existentes, que tenham sido adaptados para rede,
  tal como o UNIX adiciona-se serviços, como
  aplicações no topo do UNIX, sempre que possível,
  mas modifica-se o kernel, em alguns casos
  importantes, para prover transparentemente, uma
  implementação distribuída de uma facilidade
  existente.

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Funcionalidade

• 2. Migrar para um inteiramente novo sistema
  operacional projetado para sistemas distribuídos
• Para se obter as vantagens totais da
  distribuição, os projetistas não devem estar
  restritos pelas características de sistemas
  antigos. Todos os serviços de sistemas
  operacionais podem ser abertos e distribuídos
  nesta opção. O software existente torna-se em
  desuso.

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Funcionalidade

• 3. Emulação
• Migra-se para um novo sistema operacional
  projetado para sistemas distribuídos, mas um que
  possa emular um ou mais sistemas operacionais
  existentes. Assim, o software existente
  continuará a rodar, mas um novo software pode ser
  escrito usando a interface de chamadas de sistema
  do novo sistema operacional, para se obter as
  vantagens da distribuição. Ambos tipos de
  software podem rodar lado-a-lado.

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Funcionalidade

• A opção 1 é um pouco limitada nas possibilidades
  para novas funcionalidades que ela oferece.
• A opção 2 representa um ideal do ponto de vista
  do projetista, mas pode deixar muitos usuários
  insatisfeitos.
• A opção 3 parece preferível em relação a qualquer
  das outras duas.

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Reconfiguração

• A escalabilidade de um projeto de sistema
  distribuído e sua habilidade para acomodar
  heterogeneidade, são relevantes quando o projeto
  é para ser implementado em instalações separadas
  de diferentes tamanhos e máquinas, e quando uma
  instalação particular é expandida. No último
  caso, a mudança deve ocorrer sem parar o sistema.

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Reconfiguração

• Existem duas escalas de tempo em sistemas
  distribuídos, sobre as quais, mudanças são causas
  potenciais para parar o sistema, e que devem ser
  consideradas no projeto do software do sistema

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Reconfiguração

• Mudanças a Curto-Prazo
• O software de sistema distribuído deve ser
  projetado para tratar as seguintes mudanças em
  condições de tempo de execução

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Reconfiguração

• Um processo com falha, computador ou componente
  da rede é substituído por um outro, trabalhando
  replicando o outro.
• Carga computacional é deslocada de máquinas
  sobrecarregadas para máquinas menos
  sobrecarregadas, de forma a aumentar o throughput
  do sistema distribuído.

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Reconfiguração

• Comunicações de rede são minimizadas para
  transferir dados entre máquinas, em um tal modo,
  para tornar esses dados, localmente acessíveis, e
  assim evitar comunicações de redes.

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Reconfiguração

• Evolução a Médio ou Longo-Prazo
• Em adição a mudanças devido a expansão em
  escala e a necessidade para acomodar componentes
  heterogêneos que ocorrem como parte de um
  desenvolvimento normal de sistema distribuído,
  máquinas existentes são, algumas vezes,
  atribuídas com novos papéis, ou aquisições de
  novas máquinas são feitas.

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Reconfiguração

• A habilidade para acomodar mudanças sobre
  qualquer destas escalas de tempo
• é chamada de reconfiguração do sistema
• ( reconfigurability ), e as próprias mudanças
  individuais são chamadas reconfigurações. O
  requisito para efetuar reconfigurações sem parar
  o sistema importa em torná-las transparentes.

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Qualidade de Serviço

• Uma vez que usuários são providos com a
  funcionalidade que eles requerem de um serviço em
  um SD, podemos ir indagar sobre a provisão da
  qualidade de serviço, e se existe qualquer valor
  adicionado surgido da distribuição.

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Qualidade de Serviço

• Discutimos qualidade de serviço sobre os
  seguintes aspectos
• - Performance (tempo de resposta
• experimentado pelos seus usuários).

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Qualidade de Serviço

• - Confiabilidade (medida de quão pequena é a
  probabilidade do sistema desviar do comportamento
  como ele foi projetado, em relação à
  especificação de seu comportamento correto).

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Qualidade de Serviço

• - Disponibilidade ( medida da proporção de
• tempo que o sistema está disponível para
• uso).

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Qualidade de Serviço

• - Segurança (o problema tem dois aspectos)
• - privacidade e integridade dos dados
  
• que viajam na rede
• - abertura à interferência com software de
  
• sistema.

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