Sistemas Operativos y Distribuidos

SISTEMA: Conjunto de elementos, procedimientos y métodos que interactúan entre sí para lograr un fin en común.

S.O.: Conjunto de programas que crean la interfaz hardware/usuario y que tiene dos funciones primordiales:

• Gestionar el hardware: Administrar los recursos del sistema.
• Facilitar el trabajo al usuario: Permitir la comunicación con los dispositivos de la máquina.

Se almacena en la memoria secundaria. Primero se carga y ejecuta una parte del código que se encuentra en el procesador, el cual carga el BIOS, y este a su vez carga el S.O. que carga todos los programas de aplicación y software variado.

SOD: Conjunto de programas que administran y controlan las funciones de los elementos (hardware, software) que conforman un sistema, el cual es transparente al usuario.

Ventajas (Distribuidos vs. Centralizados):

• Economía
• Velocidad
• Confiabilidad
• Crecimiento por incrementos

Desventajas:

• Poca existencia de Software
• Saturación en Redes
• Seguridad

Modelo Cliente – Servidor

En esta arquitectura, la PC de cada uno de los usuarios (cliente) produce una demanda de información a cualquiera de las PCs que proporcionan información (servidores).

CLIENTE: Es quien inicia un requerimiento de servicio, a través de redes LAN o WAN.

SERVIDOR: Cualquier recurso de cómputo dedicado a responder a los requerimientos del cliente (impresión, acceso a BD, fax, procesamiento de imágenes).

ELEMENTOS DE LA ARQUITECTURA CLIENTE-SERVIDOR: Presentación/Captación de información y almacenamiento de la misma, Procesos.

APLICACIONES CLIENTE-SERVIDOR:

• Puestos de Trabajo: Estación de trabajo o PC conectada a una red, que permite acceder y gestionar una serie de recursos, se perfila como un puesto de trabajo universal.
• Servidores: Máquina que suministra una serie de servicios (BD, Archivos, Comunicaciones).

Servidores, según la especialización y requerimientos: Mainframes, PC Personalizados, Especializados (Dispositivos de Red, Imagen, etc).

Arquitectura: Entramado de componentes eficaces que aprovechan estándares y procesos, integra un amplio grado de productos y servicios informáticos. Usados por cualquier organización.

Aplicación Cliente/Servidor o de dos capas: Los datos y la lógica de negocio se encuentran separados de la interfaz (también denominada, cliente liviano).

Cliente pesado: aplicación Cliente/Servidor: Se da separando los datos de la interfaz y la lógica de negocio.

Aplicación 3 capas: La interfaz, la lógica de negocio y el acceso a los datos se encuentran separados.

Sistemas Operativos de Red (SOR)

SOR: Conjunto de programas que controla la ejecución de programas de aplicación y actúa como una interfaz usuario/hardware de una PC.

Características de hardware:

• SISD (Instrucción Única, Único de Datos): Son todas aquellas PC que tienen un solo procesador (normales).
• SIMD (Instrucción individual, datos múltiples) (SOR): Cada PC tiene un procesador propio, cada una de ellas busca la instrucción e instruye a las demás para procesar en paralelo.
• MISD (Instrucción Múltiples Datos Únicos): Ninguna PC conocida se ajusta a esta clasificación.
• MIMD (Instrucción Múltiples Datos Múltiples): Grupos de PC independientes, cada una con su propio contador de programas y datos, todos los sistemas distribuidos son de este tipo.

SOD: Permiten distribuir trabajos, tareas o procesos en un conjunto de procesadores (puede estar en un equipo o en diferentes).

Características de SOD:

1. Colocación de sistemas autónomos capaces de comunicar y cooperar mediante el hardware y software.
2. Proporcionan medios para la compartición global de recursos.
3. Servicios añadidos: denominación global, sistema de archivos distribuidos, facilidades para distribución de cálculos.

Componentes del SOD:

• Hardware: Procesadores, Memoria, Medio de comunicación, Dispositivos de almacenamiento.
• Software: Programas, Sistema operativo.

Funciones del SOD:

• Administrar: Recursos de hardware (CD, DVD) y software: procesos, usuarios.
• Ofrece servicios: Atiende las necesidades de un cliente: Solicitud de algo. Peticiones para resolver por el sistema.
• Transparente al usuario: Moverse por cualquier punto y tener disponibilidad. Obtener resultado.

SOD:

• Multiprocesador
• Multitarea
• Multiproceso
• Multiusuario
• Distribuido
• Alto rendimiento de procesamiento

SOR:

• Monoprocesador
• Monotarea
• Monoproceso
• Multiusuario
• Centralizado
• Bajo rendimiento de procesamiento

Comunicación de Procesos en Sistemas Distribuidos

Permite la interacción entre aplicaciones y servicios del sistema.

Factores de los mecanismos de comunicación:

• Rendimiento: Latencia, transferencia, ancho de banda.
• Escalabilidad: Número de elementos activos.
• Fiabilidad: Pérdida de mensajes.
• Seguridad: Cifrado, certificación.
• Movilidad: Equipos móviles.
• Calidad de Servicios: Reserva y garantía de anchos de banda.
• Comunicación en grupo: Multicast.

Características primitivas:

• Bloqueantes vs No-bloqueantes.
• Síncronas vs Asíncronas.
• Fiables vs No-fiables.

Paso de mensajes:

Los mensajes intercambiados pueden ser:

• Mensajes de texto (ejemplo: HTTP).
• Mensajes con formato (binarios).

Aplicaciones definen el protocolo de comunicación: Petición-respuesta, recepción explícita, sin/con confirmación.

Comunicación en Grupo:

Se habilita por medio de:

• Variantes de protocolos de red: IP-multicast.
• Emulandola por medio de protocolos de alto nivel o por las aplicaciones.

Direccionamiento: Se realiza por medio de una dirección de grupo (al que pertenecen todos los receptores).

Modelos de grupos: Grupo abierto, abierto controlado y cerrado.

Utilidad para los sistemas distribuidos:

• Ofrecer tolerancia a fallos basado en servicios replicados.
• Localizar objetos en sistemas distribuidos.
• Mejor rendimiento mediante datos replicados.
• Actualizaciones múltiples.
• Operaciones colectivas en cálculo paralelo.

Problemática:

• Comunicación fiable es difícil.
• Escalabilidad de las tecnologías.
• Gestión de grupos y Encaminamiento.

Ordenación en Comunicación en Grupo:

• Ord. FIFO: Los mensajes de una fuente llegan a cada receptor en el orden que son enviados.
• Ord. Causal: Los mensajes enviados por dos emisores distintos son recibidos en el orden relativo en el que se han enviado.
• Ord. Total: Todos los mensajes (de varias fuentes) enviados a un grupo son recibidos en el mismo orden por todos los elementos.

Llamadas a Procedimientos Remotos (RPC)

Sun RPC es la base para varios servicios actuales (NFS o NIS).

Funcionamiento General de RPC:

Cliente:

• El proceso que realiza una llamada a una función.
• Dicha llamada empaqueta los argumentos en un mensaje y los envía a otro proceso.
• Queda a la espera del resultado.

Servidor:

• Se recibe un mensaje consistente en varios argumentos.
• Estos son usados para llamar una función en el servidor.
• El resultado de la función se empaqueta en un mensaje que se retransmite al cliente.

Objetivo: Acercar la trayectoria de las llamadas a procedimiento convencional a un entorno distribuido (transparencia).

Elementos Necesarios:

• Código cliente
• Código del servidor
• Formato de representación
• Definición del interfaz
• Localización del servidor
• Semánticas de fallo

Código Cliente/Código Servidor:

Las funciones de abstracción de una llamada RPC a intercambio de mensajes se denominan resguardos (stubs).

Resguardos (stubs):

Se generan automáticamente por el software de RPC en base a la interfaz del servicio. Son independientes de la implementación que se haga del cliente y del servidor. Sólo dependen de la interfaz.

Tareas que realizan:

• Localizan al servidor.
• Empaquetan los parámetros y construyen los mensajes.
• Envían el mensaje al servidor.
• Esperan la recepción del mismo y devuelven los resultados.
• Se basan en una librería de funciones RPC para las tareas más habituales.

Función de los resguardos: Es empaquetar los parámetros en un mensaje: aplanamiento.

Problemas en la representación de los datos:

• Servidor y cliente pueden ejecutar en máquinas con arquitecturas distintas.
• XDR (external data representation) estándar que define la representación de tipos de datos.
• Pasos de parámetros (entrada/salida): Problemas con los punteros: Una dirección sólo tiene sentido en un espacio de direcciones.

Tolerancia a fallos: (Semántica)

Problemas que pueden plantear las RPC:

• El cliente no es capaz de localizar al servidor.
• Se pierde el mensaje de petición del cliente al servidor.
• Se pierde el mensaje de respuesta del servidor al cliente.
• El servidor falla después de recibir una petición.
• El cliente falla después de enviar una petición.

Aspectos de Implementación:

• Protocolos RPC:
  • Orientados a conexión: Fiabilidad se resuelve a bajo nivel, peor rendimiento.
  • No orientados a conexión: Uso de un protocolo estándar o uno específico.
• Algunos utilizan TCP o UDP como protocolos básicos.
• Coste de copiar información: aspecto dominante en rendimiento. Puede haber más copias en cliente para añadir cabeceras.
• Scatter-gather: puede mejorar rendimiento.

RPC de Sun:

rpcgen es el compilador de interfaces que genera:

• Resguardo del cliente y del servidor.
• Procedimiento principal del servidor.
• Procedimientos para el aplanamiento.
• Fichero de cabecera (.h) con los tipos y declaración de prototipos.

Enlace dinámico:

• El cliente debe especificar el host donde ejecuta el servidor.
• El servidor se registra (número de programa, número de versión y número de puerto).
• El cliente envía una petición al asignador de puerto del host donde ejecuta el servidor.