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SISTEMAS DISTRIBUIDOSFTHM 2015 - I*UNIVERSIDAD PERUANA LOS
ANDESFACULTAD DE INGENIERACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE
SISTEMAS Y COMPUTACIONMg. Freddy Toribio Huayta MezaINTRODUCCIN A
LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS
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AntecedentesDos grandes avances tecnolgicos en los 80sDesarrollo
de microprocesadoresDe una mquina de 10 millones de dlares que
ejecuta una instruccin por minuto, se pasa a mquinas de 1000 dlares
que ejecutan 10 millones de instrucciones por seg.. Invencin de
redesPosibilidad de conectar uno o ms computadoras entre s Roll
Royce de 100 dlares con un billn de kilmetros por litroTamao manual
para abrir puerta: 200 pgs.FTHM 2015 - I*
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IntroduccinRedes de comunicacin: Permiten conectar decenas,
centenas y todas las mquinas que se requieran (Internet).Sistemas
Operativos distribuidos que permitan cooperar y multiplicar la
potencia del clculo.FTHM 2015 - I*
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Desarrollos conceptuales1960s 1970s 1980sTiempo
CompartidoGrficasRedesComputadoras como
herramientaspersonalesEstaciones detrabajoCliente/ServidorRedes
LocalesSistemasabiertos,escalables,tolerantes a
fallasIdeasclaveInstitucionespilaresXerox AltoLisp machineApple
IISmalltalkAloha netMIT CTSSCambridge TSSTenex,
UnixSketchpadARPANETXerox DoradoSun 1, Apollo DomainXerox: DFS,
GrapevineBerkeley UnixNewcastle ConnectionCambridge DCSEthernet,
Cambridge RingSistema V - StanfordSun NFSMIT: X-11, ArgusCMU:
Accent, AndrewMachAmoebaChrousFTHM 2015 - I*
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Sistemas DistribuidosConjunto de computadoras independientes que
se presenta a los usuarios como un sistema nico.AspectosEl hardware
: mquinas autnomas, es decir, que puedan operar sin la supervisin
de ninguna otra.El software : Debe conseguir que los usuarios del
sistema lo vean como una mquina central convencional nicaFTHM 2015
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Sistemas DistribuidosConjunto de entidades que se comunican
entre ellos a travs de mensajes, los cuales son enviados sobre vas
de comunicacin.Entidades: Procesos, computadoras, redes
computadoras, dispositivos, procesadores etc..FTHM 2015 - I*
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Elementos de Sistemas DistribuidosFTHM 2015 - I*(1)
Procesosreciben, manipulan, transforman y emiten datos
(2) Vas de comunicacinmedio sobre el cual circulan los datos y
que forman una red local dotado de propiedades estructurales y
dinmicas.
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Los procesosFTHM 2015 - I*Trmino introducido por Dijkstra en
1968 para modelar las relaciones entre diferentes unidades de
ejecucin independientes que deben compartir recursos comunes,
(materiales y lgicos)
- En sistemas distribuidos,unidad de ejecucin elemental de un
algoritmo distribuido o paralelo; diversas de esas unidades pueden
ejecutarse simultneamente, y cada una es indivisible.
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Las Vas de Comunicacin Medio a travs del cual viajan los
mensajes Sistema distribuido: vas de comunicacin virtuales
Propiedades:1. Propiedades estructurales2. Propiedades
comportamentalesFTHM 2015 - I*
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Propiedades Estructurales Son de naturaleza topolgica Se refiere
a las mallas de comunicacin Toda topologa es posible segn el
problema tratado y el algoritmo distribuido que lo resuelve.
Estructuras ms comunes:1. Anillo2. Estrella3. rbolFTHM 2015 -
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Propiedades ComportamentalesFTHM 2015 - I*Hiptesis sobre
comportamiento de las vas de comunicacin.
1. Transmisin se hace sin duplicacin de mensajes2. Transmisin
sin alteracin de mensajes3. Entre dos procesos el orden de recepcin
de mensajes es idntico a su orden de emisin: no hay
desplazamientos4. Tiempo de espera de un mensaje es finito, (aunque
aleatorio), (no hay perdida de mensajes).5. Tiempo atencin limitado
=> existe una cota superior si no hay perdida de mensaje mensaje
fue recibido en caso contrario mensaje recibido o perdido
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Caractersticas de los sistemas distribuidosUso de un sistema de
comunicacin.Ausencia de memoria comn.Sincronizacin del
trabajo.Ausencia de un estado global perceptible por un
observador.Comunicacin a travs de mensajes.FTHM 2015 - I*
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Tolerancia a fallasSistema distribuido que puede seguir
funcionando, (tal vez con un menor desempeo), a pesar de que uno de
sus componentes no este funcionando (sistemas robustos).Redundancia
de hardwareRecuperacin de softwareFTHM 2015 - I*
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ConfiabilidadDatos transmitidos a travs de vas de comunicacin
Posibilidad de prdida y modificacin de datos (Capacidades de
recuperacin de datos)FTHM 2015 - I*
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DisponibilidadFalla en una sola computadora multiusuario da como
resultado la no disponibilidad del sistema para todos sus
usuarios.Cuando uno de los componentes falla en un sistema
distribuido solo el trabajo que estaba usando el componente es
afectado.Un usuario puede moverse a otra estacin si la que usa
falla, o un servidor puede reinicializarse en otra computadora.FTHM
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Apertura del sistemaSistemas abiertos distribuidos proporcionan
un mecanismo de comunicacin de procesos uniforme y publican
interfaces para el acceso a recursos compartidos.Pueden ser
construidos a partir de software y hardware heterogeneo.FTHM 2015 -
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ConcurrenciaVarios procesos se encuentran sobre una sola
computadora.Ejecucin intercalada en el caso de un solo procesador y
simultanea si existen n procesadores.Ejecucin paralela posible
debido a:Varios usuarios invocan comandos o interactuan con
programas de aplicacin.Varios procesos servidores se corren
concurrentemente.FTHM 2015 - I*
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EscalabilidadSistemas distribuidos deben operar efectiva y
eficientemente en diferentes escalas.Sistema distribuido prctico ms
chico: dos estaciones y un servidor de archivos.Sistemas
distribuidos grandes
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Ventajas- Relativamente fcil y econmico poner en conjunto
sistemas compuestos de un gran nmero de procesadores, (CPUs),
conectados en red.
- Dos entidades trabajan ms rpido que una sola.
- Necesidad de sincronizar los trabajos de cada componenteFTHM
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ObjetivosLimitaciones geogrficasSeguridad (En un sistema
centralizado existe un nico punto de fallo)Aumento constante de
Potencia de cmputo : Si la potencia del sistema llega a ser
insuficiente (Adquirir un nuevo equipo MainFrame vs Adquirir
computadoras personales)FTHM 2015 - I*
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Aspectos clave en el Diseo de los Sistemas Operativos
DistribuidosTolerancia a fallas.Transparencia a la ocurrencia (El
usuario no debe notar otros usuarios en el sistema).Transparencia
al paralelismo (Asignar los procesadores a las actividades del
programa sin el concurso del programador).Fiabilidad (Fiabilidad
global del sistema).Escalabilidad (Habilitar crecimiento de acuerdo
a la demanda).
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Aspectos Bsicos de Diseo de Sistemas
DistribuidosNamingComunicacinEstructura softwareAsignacin de
cargaConsistenciaFTHM 2015 - I*
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NamingNombramiento de los diferentes recursos Nombres deben de
tener significados globalesInvolucra las siguientes
consideraciones:La eleccin del tamao del nombre para cada tipo de
recurso, (puede ser finito o potencialmente infinitio)Nombres deben
de ser mapeados por identificadores de comunicacinUn nombre depende
de su contexto, por lo que para resolver un nombre es necesario el
nombre y un contextoFTHM 2015 - I*
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ComunicacinComponentes separados lgica y fsicamente, por lo que
necesitan comunicarse entre ellos para interactuarComunicacin
involucra las operaciones siguientes:la transferencia de datosla
sincronizacin de la recepcin con la emisinDos enfoques en sistemas
distribuidos:paso de mensajesllamado de procedimiento remotoExisten
dos modelos:modelo de comunicacin par a parmodelo de comunicacin
grupalFTHM 2015 - I*
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Estructura softwareSistemas centralizados son
monolticos:conjunto abstracciones que se ofrece a las aplicaciones
estan reunidas en una sola interfazSistemas distribuidosprogramas
aplicacin pueden accesar diferentes servicios , en el cual cada uno
cuenta con su propia interfaz para accesar recursosPrincipales
nivelesaplicacionessoporte de lenguaje de programacinsistema
operativohardwareFTHM 2015 - I*
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Asignacin cargaDado un proceso, en donde se va a ejecutarModelo
simple la capacidad de memoria y el desempeo de un procesador de
una estacin determina el tamao mximo de tarea que se puede
ejecutarModelosmodelo de servidor de estacinmodelo de piscina de
procesadoresmodelo de la estacin de trabajomodelo de memoria
compartida distribuidaFTHM 2015 - I*
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ConsistenciaDiferentes procesos accesan y actualizan datos
concurrentementeLos cambios no son instantaneosUn cierto conjunto
de cambios debe de aparecer igual a todos los otros procesos que
integran el sistema distribuido.Tipos consistencia:consistencia de
actualizacinconsistencia de replicaconsistencia de cachconsistencia
de fallasconsistencia de relojconsistencia de interfaz de
usuarioFTHM 2015 - I*
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Algoritmos DistribuidosDefinicin: abstraccin lgica de un sistema
distribuido, se habla de un conjunto de procesos y de lneas de
comunicacin virtualesSe habla de algoritmos concurrentes ejecutados
en diferentes procesadores,Originalmente los algoritmos eran
diseados para ejecutarse procesadores distribuidos en un rea
grandeHoy en da incluye algoritmos usados en redes de rea local y
multiprocesadores que comparten memoriaFTHM 2015 - I*
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Algoritmos distribuidos aplicacinSon los algoritmos que definen
una aplicacin Representan la interfaz final entre los usuarios y el
sistema distribuidoSe apoyan en arquitecturas de software
como:CORBA: Common Object Request Broker ArchitectureCOM: Component
Object ModelEJB: Enterprise JavaBeansFTHM 2015 - I*
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Algoritmos distribuidos controlEstn por abajo de las
aplicacionesProporcionan dos tipos de serviciosProveedor de
primitivasexclusin mutuaenvo/recepcin mensajescontrol de
concurrenciaadministracin de archivosObservadores de
propiedadesinterbloqueoterminacin de la ejecucinrecolectores de
basuraFTHM 2015 - I*
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Algoritmos de aplicacin y controlCTLi :control de la i-sima
aplicacinAi: aplicacinFTHM 2015 - I*
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Caractersticas algoritmos distribuidosDesconocimiento del nmero
de procesosDesconocimiento de la topologa de la redEntradas
independientes en sitios diferentesVarias programas ejecutandose al
mismo tiempo, empezando en tiempos diferentes y operando a
diferentes velocidadesNo determinismo en el procesador (processor
nondeterminism)Tiempos entrega de mensajes diferentesOrden entrega
de mensajes desconocidoFallas en la comunicacin y en los procesos
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Aplicaciones Algoritmos DistribuidosRedes de
computadorasComputadoras multiprocesadoresRedes inalmbricas -
computacin mvilFTHM 2015 - I*
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Problemas a Resolver en las WANsConfiabilidad del intercambio de
datosSeleccin de rutas de comunicacinControl de trficoPrevencin de
cuellos de botellaSeguridadFTHM 2015 - I*
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Problemas Comunes en LANsBroadcasting y sincronizacinDeteccin de
terminacinAsignacin de recursosMantenimiento archivos
distribuidosFTHM 2015 - I*
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Computadoras MultiprocesadoresComputadora que consiste de
diferentes procesadores generalmente ubicados dentro de un mismo
espacio fsicoProcesadores homogneosPequea escala geogrficaObjetivo
principal:mejorar la velocidad del clculoFTHM 2015 - I*
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Los Algoritmos Distribuidos y los MultiprocesadoresImplementacin
sistema envo de mensajesImplementacin memoria virtual
compartidaBalance de cargaTolerancia a fallasFTHM 2015 - I*
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Procesos CooperantesProcesos que interactuan para la solucin de
un determinado problema, o para proporcionar un servicioComparten
memoria en comnTrabajan sobre el mismo procesadorEjemplo: sistemas
operativosFTHM 2015 - I*
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Celdas de ManufacturaRobots conectados entre ellos a travs de un
medio de comunicacin, cada uno desarrollando una actividad en
particular, con un objetivo global en comn
- ensamblaje- control de un determinado sistemaFTHM 2015 -
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Computacin MvilWireless Local Area Networks o WLANs.Ausencia de
cables como medio de comunicacin.Envo/recepcin de ondas
electromagnticas que viajan del emisor al receptor a travs del
espacio.Computadoras desatadas (untethered o tetherless
computer).Computadoras y aplicaciones mviles.
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Problemas Resueltos por los Algoritmos
DistribuidosRuteoInformacin de la ubicacin de la unidad mvil
(almacenamiento y actualizacin)ConsistenciaSeguridadTransferencias
de llamadasFTHM 2015 - I*
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Algoritmos distribuidos?Qu distribuir? Datos ControlFTHM 2015 -
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Distribuyendo los datosLa distribucin puede tomar diversas
formas: Duplicacin ParticionamientoFTHM 2015 - I*
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La Duplicacin de DatosExiste duplicacin de un dato x, si este se
encuentra duplicado en n ejemplares x1, x2 .... xn, donde 1,2, ....
n son los identificadores de los sitios que participan en el
algoritmo distribuido.
Asegurar la coherencia mutua de las copias a todo instantelas
copias fsicas xi tengan el mismo valor xx1 = x2 = ...... xi ......
xn = xFTHM 2015 - I*
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Ejemplo de duplicacinx1x2x3Pierre 500Sam 700Juan 900Pierre
500Sam 700Juan 900Pierre 500Sam 700Juan 900FTHM 2015 - I*
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Particin de DatosHablamos de particionamiento de datos cuando,
estando accesibles desde todos los sitios, los datos son
particionados de tal forma que cada una de las particiones se
encuentra sobre un sitio dado
Para obtener la totalidad de la informacin se tieneque consultar
a todo el mundoI = (x1 + x2 + ... xi ... + xn)FTHM 2015 - I*
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Ejemplo de Particinx1x2x3Pierre 500
Sam 500
Juan 900FTHM 2015 - I*
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Distribuyendo el ControlNo existe una jerarqua estticaNo hay un
proceso lder que en permanencia asegure el controlPuede ser
necesario un algoritmo de asignacin de funcionesMuy a menudo
depende del problema que se intenta resolverFTHM 2015 - I*
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