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Introducción a los sistemas distribuidos

Enviado por Pablo Turmero



Partes: 1, 2



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Conceptos previos Un programa es un conjunto de instrucciones. Un proceso es un programa en ejecución. Una red de computadores es un conjunto de computadores conectados por una red de interconexión. Un sistema distribuido (SD) Modelo físico: conjunto de nodos (procesadores sin memoria ni reloj común) conectados por una red. Modelo lógico: conjunto de procesos que ejecutan concurrentemente en uno o más computadores que colaboran y comunican intercambiando mensajes. Un protocolo es un conjunto de reglas e instrucciones que gobiernan la comunicación en un sistema distribuido, es decir, el intercambio de mensajes.

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Características Compartir recursos (HW, SW, datos). Acceso a recursos remotos. Modelo cliente-servidor Modelo basado en objetos Ofrecen una buena relación coste/rendimiento Capacidad de crecimiento Tolerancia a fallos, disponibilidad Replicación Concurrencia Velocidad Paralelismo

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Desventajas Necesidad de software más complejo Problemas de fiabilidad Problemas de seguridad y confidencialidad

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Arquitectura de un sistema distribuido

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Redes e interconexión Paquete: tipo de mensaje que se intercambia entre dos dispositivos de comunicación. Tamaño limitado por el hardware Mensaje: objeto lógico que se intercambian entre dos o más procesos. Su tamaño puede ser bastante grande. Un mensaje se descompone en paquetes. Subsistema de comunicación: conjunto de componentes HW y SW que proporcionan servicios de comunicación en un sistema distribuido. Protocolo: conjunto de reglas e instrucciones que gobiernan el intercambio de paquetes y mensajes

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Propiedades de un subsistema de comunicación Tasa de transferencia: velocidad de transferencia Latencia: tiempo necesario para transferir un mensaje vacío Tiempo de transferencia = latencia + tamaño/tasa de trasferencia Paquetes/segundo Capacidad de crecimiento. Aumento en el nº de nodos Calidad de servicio Importante en aplicaciones multimedia y de tiempo real Fiabilidad del subsistema Mecanismos de detección de errores Seguridad: protección de los paquetes Confidencialidad: proteger la identidad de los emisores

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Tipos de redes de computadores Redes de área local (LAN, Local Area Network) Redes que enlazan sistemas cercanos Posibilidad de difusión de mensajes (broadcast) Redes de área extensa (WAN, Wide Area Network) Poco ancho de banda (20-500 Kbps) Bajas latencias Redes telefónicas, redes públicas de datos, fiabra óptica RDSI, B-RDSI, ATM Nuevos desarrollos en telecomunicaciones (ATM y RDSI) Diferencias entre LAN y WAN cada vez más borrosas

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Protocolos de comunicación Protocolo: conjunto de reglas y formatos que permiten la comunicación entre procesos. La definición de un protocolo tiene dos parte: Especificación de la secuencia de mensajes que deben intercambiarse. Especificación del formato de mensajes. El software de red se organiza en niveles

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Funciones de una pila de protocolos Segmentación y ensamblado de mensajes Encapsulado: incorporación de información de control a los datos Dirección del emisor y receptor Código de detección de errores Control de conexión Protocolos orientados a conexión Protocolos no orientados a conexión: No se asegura el orden secuencial de los datos transmitidos Entrega ordenada en protocolos orientados a conexión Números de secuencia

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Funciones de una pila de protocolos II Control de flujo: función realizada en el receptor para limitar la cantidad o tasa de datos que envía el emisor. Control de errores: se basan en el uso de una secuencia de comprobación y reenvío. Direccionamiento, conseguir que los mensajes alcancen al receptor Multiplexación: necesario para un uso más eficiente de los servicios Servicios de transmisión: Prioridad Calidad de servicio Seguridad

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Ejemplos de protocolos Protocolos internet: Originados por el trabajo de DARPA en los 70 Muy utilizados en la actualidad Gran crecimiento durante los 90 debido al uso del Web Protocolos OSI (open system interconection) Estándar desarrollado por ISO Estándares propietarios SNA de IBM (años 70) DECnet desarrollado por DEC NetWare: red de Novell para redes de PC

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Protocolos TCP/IP Resultado de la investigación y desarrollo llevados a cabo en la red ARPANET (financiada por DARPA) en los años 70 Familia de protocolos utilizados en Internet En los 90 se ha establecido como la arquitectura comercial dominante: Se especificaron y utilizaron antes de OSI Independiente de la tecnología de red utilizada Internet está construida sobre un conjunto de protocolos TCP/IP. Espectacular desarrollo de World Wide Web

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Protocolos TCP/IP

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Protocolo Internet (nivel IP) La transmisión no es fiable (no se asegura la recepción de los paquetes IP). Los paquetes se pueden descartar por: Expiración del tiempo de vida Congestión Error en la suma de comprobación Control de flujo muy limitado Calidad de servicio muy limitado Seguridad: normal o alto Retardo: normal o bajo Rendimiento: normal o alto

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Protocolos de transporte Protocolo TCP Orientado a conexión Garantiza que los datos se entregan en el orden en el que se envían Las conexiones TCP se ven como un flujo de bytes La transmisión se considera “fiable”. Pueden perderse mensajes (sobrecarga en la red, fallos en encaminadores, etc.) Cuando los mensajes son muy pequeños, TCP los retrasa hasta conseguir uno más grande Esta opción debe desactivarse si es necesario Escrituras concurrentes sobre una misma conexión TCP pueden provocar que los datos se entremezclen.

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Protocolos de transporte Protocolo UDP Protocolo de datagramas no orientado a conexión. Protocolo no fiable Los paquetes se pueden perder, duplicar, recibir en orden distinto al enviado Tamaño máximo del mensaje: 64 KB

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Encaminamiento Permite que los paquetes viajen del proceso emisor al receptor. Algoritmo: Un programa de aplicación genera un paquete, o bien se lee un paquete de la interfaz de red. Si el paquete es para la máquina, se acepta. En caso contrario, se incrementa el contador de saltos, si se excede el máximo, el paquete se descarta. Si el paquete no es para la máquina se busca en la tabla de encaminamiento y se retransmite a la interfaz adecuada. Tablas estáticas, las más utilizadas Tablas dinámicas

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Papel del sistema operativo El SW de comunicación de un sistema operativo se organiza como un conjunto de componentes con tareas concretas Subsistema de almacenamiento: buffers donde almacenar los paquetes que llegan y se envían (limitado) En implementaciones UNIX típicas TCP reserva para cada puerto (socket) un buffer de 8 KB y UDP 2 buffers de 8KB. El tamaño se puede incrementar hasta 64 KB. Los mensajes a enviar se copian a estos buffers El contenido de estos buffers se fragmenta y se copian a nuevos bloques de memoria a utilizar por IP IP envía finalmente los paquetes por la interfaz de red correspondiente

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Papel del sistema operativo Un sistema operativo puede perder paquetes cuando la tasa de envíos y de recepción es muy grande. En sistemas operativos multiusuario la pérdida de paquetes suele producirse a ráfagas debido a los algoritmos de planificación. La latencia del SO ha crecido en términos relativos

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¿Dónde se pierde el tiempo? Códigos de corrección (Checksum) Sobre datos TCP y UDP Sobre cabeceras IP Copias de datos Entre usuario y kernel Estructura de datos Gestión de los buffers, colas de defragmentación de paquetes IP, Sistema Operativo Sobrecarga impuesta por las operaciones del SO

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Contenido Sistemas distribuidos Sistemas operativos distribuidos Comunicación de procesos Sincronización de procesos Gestión de procesos Sistemas de archivos Gestión de memoria

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Sistema operativo en red (SOR) El usuario ve un conjunto de máquinas independientes No hay transparencia Se debe acceder de forma explícita a los recursos de otras máquinas Difíciles de utilizar para desarrollar aplicaciones distribuidas

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Sistema operativo distribuido (SOD) Se comporta como un SO único (visión única) Distribución. Transparencia Se construyen normalmente como micronúcleos que ofrecen servicios básicos de comunicación Mach, Amoeba, Chorus. Todos los computadores deben ejecutar el mismo SOD

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Transparencia Acceso: acceso a recursos remotos y locales de igual forma Posición: acceso a los recursos sin necesidad de conocer su situación Concurrencia: acceso concurrente a recursos compartidos sin interferencias Replicación: Acceso a recursos replicados sin conocimiento de que lo son Fallos: mantenimiento del servicio en presencia de fallos. Migración: permite que los recursos y objetos se muevan sin afectar a la operación de los programas. Capacidad de crecimiento: facilidad para crecer sin afectar a la estructura del sistema

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Middleware y entornos distribuidos Servicios y protocolos estándarizados: Sistemas abiertos Ofrecen servicios no incluidos en el SO (servicios de ficheros distribuidos, servicios de nombres, ...) Facilitan el desarrollo de aplicaciones distribuidas Independientes del HW y del SO subyacente. DCE, CORBA, DCOM, Legion, Globe, Globus

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Servicios de un sistema operativo distribuido Servicios de comunicación Servicios de sincronización Gestión distribuida de procesos Sistemas de archivos distribuidos Memoria compartida distribuida

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Contenido Sistemas distribuidos Sistemas operativos distribuidos Comunicación de procesos Sincronización de procesos Gestión de procesos Sistemas de archivos Gestión de memoria

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Comunicación en sistemas distribuidos La comunicación de procesos es fundamental en cualquier sistema distribuido Existen diferentes posibilidades todas ellas basadas en el paso de mensajes Mecanismos de bajo nivel, el programador debe preocuparse de establecer los protocolos de comunicación, representación de datos, etc. Colas de mensajes Sockets Mecanismo de alto nivel, ofrecen abstracciones donde el programador no debe preocuparse de establecer protocolos Llamadas a procedimientos remotos Invocación de métodos remotos (entornos orientados a objetos)

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Comunicación cliente-sevidor Protocolo típico: petición-respuesta Muy utilizada en entornos distribuidos (más del 90% de los sistemas distribuidos utilizan la arquitectura cliente-servidor)

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Comunicación de grupos Utiliza mensajes multicast Útil para: 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

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Sockets Aparecieron en 1981 en UNIX BSD 4.2 Intento de incluir TCP/IP en UNIX Diseño independiente del protocolo de comunicación Un socket es punto final de comunicación (dirección IP y puerto) Abstracción que: Ofrece interfaz de acceso a los servicios de red en el nivel de transporte Protocolo TCP Protocolo UDP Representa un extremo de una comunicación bidireccional con una dirección asociada

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Sockets: introducción Sujetos a proceso de estandarización dentro de POSIX (POSIX 1003.1g) Actualmente Disponibles en casi todos los sistemas UNIX En prácticamente todos los sistemas operativos WinSock: API de sockets de Windows En Java como clase nativa

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Sockets UNIX Dominios de comunicación Tipos de sockets Direcciones de sockets Creación de un socket Asignación de direcciones Solicitud de conexión Preparar para aceptar conexiones Aceptar una conexión Transferencia de datos

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Dominios de comunicación Un dominio representa una familia de protocolos Un socket está asociado a un dominio desde su creación Sólo se pueden comunicar sockets del mismo dominio Algunos ejemplos: PF_UNIX (o PF_LOCAL): comunicación dentro de una máquina PF_INET: comunicación usando protocolos TCP/IP Los servicios de sockets son independientes del dominio

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Tipos de sockets Stream (SOCK_STREAM) Orientado a conexión Fiable, se asegura el orden de entrega de mensajes No mantiene separación entre mensajes Si PF_INET se corresponde con el protocolo TCP Datagrama (SOCK_DGRAM) Sin conexión No fiable, no se asegura el orden en la entrega Mantiene la separación entre mensajes Si PF_INET se corresponde con el protocolo UDP Raw (SOCK_RAW) Permite el acceso a los protocolos internos como IP

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Direcciones de sockets Cada socket debe tener asignada una dirección única Las direcciones se usan para: Asignar una dirección local a un socket (bind) Especificar una dirección remota (connect o sendto) Dependientes del dominio Se utiliza la estructura genérica struct sockaddr Cada dominio usa una estructura específica Direcciones en PF_UNIX (struct sockaddr_un) Nombre de fichero Direcciones en PF_UNIX (struct sockaddr_in) Uso de conversión de tipos (casting) en las llamadas

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Direcciones de sockets en PF_INET Host (32 bits) + puerto (16 bits) Una dirección IP se almacena en una estructura de tipo: struct in_addr Estructura struct sockaddr_in Debe iniciarse a 0 sin_family: dominio (AF_INET) sin_port: puerto sin_addr: dirección del host Función que facilita el nombre de la máquina en la que se ejecuta: int gethostname(char *name, int namelen);

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Obtención de la dirección de host Usuarios manejan direcciones en forma de texto: decimal-punto: 138.100.8.100 dominio-punto: laurel.datsi.fi.upm.es Algunas funciones para trabajar con direcciones: char *inet_ntoa(struct in_addr in); Devuelve una dirección en notación decimal-punto. struct hostent *gethostbyname(char *str); Convierte una dirección en notación dominio-punto a una estructura que describe máquina. Algunos campos de la estructura struct hostent: char *name nombre oficial de la máquina char **h_addr_list lista de direcciones

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Ejemplo Programa que obtiene la dirección en formato decimal-punto a partir de un formato dominio-punto. void main(int argc, char **argv) { struct hostent *hp; struct in_addr in; hp = gethostbyname(argv[1]); if (hp == NULL) { printf(“Error en gethostbynamen”); exit(0); } memcpy(&in.s_addr,*(hp->h_addr_list),sizeof(in.s_addr)); printf(“%s es %sn”, hp->h_name, inet_ntoa(in)); }

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Direcciones de sockets II En TCP/IP los números se emplean con formato big-endian. En computadores que no utilicen este formato es necesario emplear funciones para traducir números entre el formato que utiliza TCP/IP y el empleado por el propio computador: u_long htonl (u_long hostlong) u_short htons (u_short hostshort) u_long ntohl (u_long netlong) u_short ntohs (u_short netshort) Las primera traduce un número de 32 bits representado en el formato del computador al formato de red (TCP/IP).

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Creación de un socket int socket(int dominio, int tipo, int protocolo) Crea un socket devolviendo un descriptor de fichero dominio: PF_XXX tipo: SOCK_XXX protocolo: dependiente del dominio y tipo 0 elige el más adeucado Especificados en /etc/protocols El socket creado no tiene dirección asignada

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Asignación de direcciones int bind(int sd, struct sockaddr *dir, int long) sd: descriptor devuelto por socket dir: dirección a asignar long: longitud de la dirección Si no se asigna dirección (típico en clientes) Se le asigna automáticamente (puerto efímero) en la su primera utilización (connect o sendto) Direcciones en dominio PF_INET Puertos en rango 0..65535. Reservados: 0..1023. Si 0, el sistema elige uno Host: una dirección local IP INNADDR_ANY: elige cualquiera de la máquina El espacio de puertos para streams y datagramas es indendiente

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Solicitud de conexión Realizada en el cliente int connect(int sd, struct sockaddr *dir, int long) sd: descriptor devuelto por socket dir: dirección del socket remoto long: longitud de la dirección Si el socket no tiene dirección asignada, se le asigna una automáticamente Normalmente se usa con streams

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Preparar para aceptar conexiones Realizada en el servidor stream después de socket y bind int listen(int sd, int baklog) sd: descriptor devuelto por socket backlog: Número máximo de peticiones pendientes de aceptar que se encolarán (algunos manuales recomiendan 5) Hace que el socket quede preparado para aceptar conexiones.

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Aceptar una conexión Realizada en el servidor stream después de socket, bind y listen Cuando se produce la conexión, el servidor obtiene: La dirección del socket del cliente Un nuevo descriptor que queda conectado al socket del cliente Después de la conexión quedan activos dos sockets en el servidor: El original para aceptar nuevas conexiones El nuevo para enviar/recibir datos por la conexión

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Aceptar una conexión int accept(int sd, struct sockaddr *dir, int *long) sd: descriptor devuelto por socket dir: dirección del socket del cliente devuelta long: parámetor valor-resultado Antes de la llamada: tamaño de dir Después de la llamada: tamaño de la dirección del cliente que se devuelve.

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Obtener la dirección de un socket Obtener la dirección a partir del descriptor int getsockname(int sd, struct sockaddr *dir, int *long) sd: descriptor devuelto por socket dir: dirección del socket devuelta long: parámetro valor-resultado (igual que en accept) Obtener la dirección del socket en el toro extremo de la conexión: int gerpeername(int sd, struct sockaddr *dir, int *long) sd: descriptor devuelto por socket dir: dirección del socket remoto long: parámetro valor-resultado

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Transferencia de datos con streams Una vez realizada la conexión, ambos extremos puede transferir datos. Envío: int write(int sd, char *mem, int long); Devuelve el nº de bytes enviados También puede utilizarse el servicio send. Recepción: int read(int sd, char *mem, int long); Devuelve el nº de bytes recibidos También puede utilizarse el servicio recv Es importante comprobar siempre el valor que devuelven estas llamadas: pueden no transferirse todos los datos.

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Transferencia de datos con streams II Función que envía un bloque de datos con reintentos: int enviar(int socket, char *mensaje, int longitud) { int r; int l = longitud; do { r = write(socket, mensaje, l); l = l – r; mensaje = mensaje + r; } while ((l>0) && (r>=0)); if (r < 0) return (-1); /* fallo */ else return(0); }

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Transferencia de datos con datagramas No hay conexión real Para usar un socket para transferir basta con: Crearlo: socket Asignarle una dirección: bind (si no, lo hará el sistema) Envío: int sendto(int sd, char *men, int long, int flags, struct sockaddr *dir, int long) Devuelve el nº de bytes enviados dir: dirección del socket remoto y long la longitud Rccepción: int recvfrom(int sd, char *men, int long, int flags, struct sockaddr *dir, int long) Devuelve el nº de bytes enviados dir: dirección del socket remoto y long la longitud

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Cerrar un socket Se usa close para cerrar ambos tipos de sockets Si el socket es de tipo stream, close cierra la conexión en ambos sentidos Se puede cerrar un único extremo: int shutdown(int st, int modo) sd: descriptor devuelto por socket modo: SHUT_RD, SHUT_RW o SHUT_RDWR

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Configuración de opciones Existen varios niveles dependiendo del protocolo afectado como parámetro SOL_SOCKET: opciones independientes del protocolo IPPROTO_TCP: nivel de protocolo TCP IPPTOTO_IP: nivel de protocolo IP Consultar opciones asociadas a un socket int getsockopt(int sd, int nivel, int opc, char *val, int *long) Modificar las opciones asociadas a un socket int setsockopt(int sd, int nivel, int opc, char *val, int long) Ejemplos (nivel SOL_SOCKET): SO_REUSEADDR: permite reutilizar direcciones

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Escenario típico con sockets streams (Gp:) Proceso cliente (Gp:) Proceso servidor (Gp:) socket() (Gp:) socket() (Gp:) bind() (Gp:) listen() (Gp:) accept() (Gp:) Crear (Gp:) thread (Gp:) read() (Gp:) close() (Gp:) accept() (Gp:) connect() (Gp:) Abrir conexión (Gp:) read() (Gp:) close() (Gp:) Petición (Gp:) write() (Gp:) Respuesta (Gp:) write()

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Ejemplo (TCP)

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Servidor (TCP) void main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in server_addr, client_addr; int sd, sc; int size, val; int size; int num[2], res; sd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); val = 1; setsockopt(sd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char *) &val, sizeof(int)); bzero((char *)&server_addr, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; server_addr.sin_port = 4200; bind(sd, &server_addr, sizeof(server_addr));

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Servidor (TCP) listen(sd, 5); size = sizeof(client_addr); while (1) { printf("esperando conexionn"); sc = accept(sd, (struct sockaddr *)&client_addr,&size); read(sc, (char *) num, 2 *sizeof(int)); // recibe la petición res = num[0] + num[1]; write(sc, &res, sizeof(int)); // se envía el resultado close(sc); } close (sd); exit(0); }

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Cliente (TCP) void main(void) { int sd; struct sockaddr_in server_addr; struct hostent *hp; int num[2], res; sd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); bzero((char *)&server_addr, sizeof(server_addr)); hp = gethostbyname ("arlo.datsi.fi.upm.es"); memcpy (&(server_addr.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = 4200;

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Cliente (TCP) // se establece la conexión connect(sd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr)); num[0]=5; num[1]=2; write(sd, (char *) num, 2 *sizeof(int)); // envía la petición read(sd, &res, sizeof(int)); // recibe la respuesta printf("Resultado es %d n", res); close (sd); exit(0); }

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Servidor (datagramas) void main(void) { int num[2]; int s, res, clilen; struct sockaddr_in server_addr, client_addr; s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); bzero((char *)&server_addr, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; server_addr.sin_port = 7200; bind(s, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

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Servidor (datagramas) clilen = sizeof(client_addr); while (1) { recvfrom(s, (char *) num, 2* sizeof(int), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &clilen); res = num[0] + num[1]; sendto(s, (char *)&res, sizeof(int), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, clilen); } }

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Cliente (datagramas) void main(int argc, char *argv[]){ struct sockaddr_in server_addr, client_addr; struct hostent *hp; int s, num[2], res; if (argc != 2){ printf("Uso: client < direccion_servidor> n"); exit(0); } s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); hp = gethostbyname (argv[1]); bzero((char *)&server_addr, sizeof(server_addr)); server_addr.sin_family = AF_INET; memcpy (&(server_addr.sin_addr), hp->h_addr, hp->h_length); server_addr.sin_port = 7200;

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Cliente (datagramas) bzero((char *)&client_addr, sizeof(client_addr)); client_addr.sin_family = AF_INET; client_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; client_addr.sin_port = htons(0); bind (s, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(client_addr)); num[0] = 2; num[1] = 5; sendto(s, (char *)num, 2 * sizeof(int), 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr)); recvfrom(s, (char *)&res, sizeof(int), 0, NULL, NULL); printf("2 + 5 = %dn", res); close(s); }

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Llamadas a procedimientos remotos (RPC) RPC (remote procedure call): llamadas a procedimiento remoto (Birrel y Nelson 1985) Híbrido entre llamadas a procedimientos y paso de mensajes Las RPC constituyen el núcleo de muchos sistemas distribuidos Llegaron a su culminación con DCE (Distributed Computing Environment) Han evolucionado hacia orientación a objetos Invocación de métodos remotos (CORBA, RMI)

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Funcionamiento de las RPC El proceso que realiza la llamada empaqueta los argumentos en un mensaje, se los envía a otro proceso y espera el resultado El proceso que ejecuta el procedimiento extrae los argumentos del mensaje, realiza la llamada de forma local, obtiene el resultado y se lo envía de vuelta al proceso que realizó la llamada Objetivo: acercar la semántica de las llamadas a procedimiento convencional a un entorno distribuido (transparencia).

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Llamadas y mensajes en una RPC

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Suplentes (stubs) Se generan automáticamente por el software de RPC En el cliente: Localizan al servidor Empaquetan los parámetros y construyen los mensajes Envían el mensaje al servidor Espera la recepción del mensaje y devuelven los resultados En el servidor Realizan tareas similares Los suplentes son independientes de la implementación que se haga del cliente y del servidor. Sólo dependen de la interfaz.

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RPC: protocolo básico cliente servidor Desempaqueta la respuesta Se registra con un servicio de nombres (Gp:) recibe petición (Gp:) Ejecuta el procedimiento (Gp:) envía petición “enlaza con el servidor” prepara parámetros, envía petición

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Aspectos de diseño de las RPC Lenguaje de definición de interfaces. Generador de suplentes. Transferencia de parámetros Enlace dinámico (binding) Semántica de las RPC en presencia de fallos

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Lenguaje de definición de interfaces Una interfaz especifica un nombre de servicio que utilizan los clientes y servidores Nombres de procedimientos y parámetros (entrada y salida). Los compiladores pueden diseñarse para que los clientes y servidores se escriban en lenguajes diferentes. Tipos de RPC Integrado con un lenguaje de programación (Cedar, Argus) Lenguaje de definición de interfaces específico para describir las interfaces entre los clientes y los servidores (RPC de Sun y RPC de DCE)

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Transferencia de parámetros Una de las funciones de los resguardos es empaquetar los parámetros en un mensaje: aplanamiento (marshalling) Problemas en la representación de los datos Servidor y cliente pueden ejecutar en máquinas con arquitecturas distintas Transmisión con un formato estándar: XDR (external data representation) es un estándar que define la representación de tipos de datos El receptor se encarga de la conversión (CORBA). Problemas con los punteros Una dirección sólo tiene sentido en un espacio de direcciones

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Aplanamiento

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Enlace dinámico (Binding) Enlace dinámico: permite localizar objetos con nombre en un sistema distribuido, en concreto, servidores que ejecutan las RPC. Tipos de enlace: Enlace no persistente: la conexión entre el cliente y el servidor se establece en cada RPC. Enlace persistente: la conexión se mantiene después de la primera RPC. Útil en aplicaciones con muchas RPC repetidas Problemas si lo servidores cambian de lugar

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Enlazador dinámico Enlazador dinámico (binder): Es el servicio que mantiene una tabla de traducciones entre nombres de servicio y direcciones. Incluye funciones para: Registrar un nombre de servicio Eliminar un nombre de servicio Buscar la dirección correspondiente a un nombre de servicio Como localizar al enlazador dinámico: Ejecuta en una dirección fija de un computador fijo. El sistema operativo se encarga de indicar su dirección Difundiendo un mensaje (broadcast) cuando los procesos comienzan su ejecución.

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Establecimiento de la comunicación en una RPC

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Semántica de las RPC en presencia de fallos 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

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Cliente no puede localizar al servidor El servidor puede estar caído El cliente puede estar usando una versión antigua del servidor La versión ayuda a detectar accesos a copias obsoletas Cómo indicar el error al cliente Devolviendo un código de error (-1) No es transparente Ejemplo: sumar(a,b) Elevando una excepción Necesita un lenguaje que tenga excepciones

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Pérdida de mensajes del cliente Es la más fácil de tratar Se activa una alarma (timeout) después de enviar el mensaje Si no se recibe una respuesta se retransmite

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Pérdidas en los mensajes de respuesta Más difícil de tratar Se pueden emplear alarmas y retransmisiones, pero: ¿Se perdió la petición? ¿Se perdió la respuesta? ¿El servidor va lento? Algunas operaciones pueden repetirse sin problemas (operaciones idempotentes) Una transferencia bancaria no es idempotente Solución con operaciones no idempotentes es descartar peticiones ya ejecutadas Un nº de secuencia en el cliente Un campo en el mensaje que indique si es una petición original o una retransmisión

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Fallos en los servidores El servidor no ha llegado a ejecutar la operación Se podría retransmitir El servidor ha llegado a ejecutar la operación El cliente no puede distinguir los dos ¿Qué hacer? No garantizar nada Semántica al menos una vez Reintentar y garantizar que la RPC se realiza al menos una vez No vale para operaciones no idempotentes Semántica a lo más una vez No reintentar, puede que no se realice ni una sola vez Semántica de exactamente una Sería lo deseable

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Fallos en los clientes La computación está activa pero ningún cliente espera los resultados (computación huérfana) Gasto de ciclos de CPU Si cliente rearranca y ejecuta de nuevo la RPC se pueden crear confusiones

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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 un específico Algunos utilizan TCP o UDP como protocolos básicos

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Programación con un paquete de RPC El programador debe proporcionar: La definición de la interfaz (idl) Nombres de las funciones Parámetros que el cliente pasa al servidor Resultados que devuelve el servidor al cliente El código del cliente El código del servidor El compilador de idl proporciona: El resguardo del cliente El resguardo del servidor

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Programación con RPC (Gp:) COMPILADOR C (Gp:) COMPILADOR C (Gp:) COMPILADOR C (Gp:) COMPILADOR C (Gp:) CABECERA (Gp:) CABECERA (Gp:) FICHEROS (Gp:) FUENTE DEL (Gp:) CLIENTE (Gp:) FICHEROS (Gp:) OBJETO DEL (Gp:) CLIENTE (Gp:) FICHEROS (Gp:) OBJETO DEL (Gp:) SERVIDOR (Gp:) EJECUTABLE (Gp:) DEL (Gp:) CLIENTE (Gp:) EJECUTABLE (Gp:) DEL (Gp:) SERVIDOR (Gp:) FICHEROS (Gp:) FUENTE DEL (Gp:) SERVIDOR (Gp:) OBJETO (Gp:) SUPLENTE (Gp:) EN CLIENTE (Gp:) OBJETO (Gp:) SUPLENTE (Gp:) EN SERVIDOR (Gp:) MONTADOR (Gp:) MONTADOR (Gp:) BIBLIOT. (Gp:) RPC (Gp:) BIBLIOT. (Gp:) RPC (Gp:) DESARROLLO (Gp:) DE LA (Gp:) INTERFAZ (Gp:) DESARROLLO (Gp:) DEL (Gp:) CLIENTE (Gp:) DESARROLLO (Gp:) DEL (Gp:) SERVIDOR (Gp:) COMPILADOR IDL (Gp:) SUPLENTE (Gp:) EN SERVIDOR (Gp:) SUPLENTE (Gp:) EN CLIENTE (Gp:) CABECERA FICHERO DE DEFINICIÓN DE INTERFAZ

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Ejemplos de paquetes de RPC RPC de Sun (1990) utilizado en NFS RPC del proyecto ANSA (1989) desarrollado por Architecture Project Management Ltd. (Cambridge, Inglaterra) RPC de DCE (1990), estándar desarrollado por Open Software Foundation

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RPC de Sun Utiliza como lenguaje de definición de interfaz XDR: Una interfaz contiene un nº de programa y un nº de versión. Cada procedimiento específica un nombre y un nº de procedimiento Los procedimientos sólo aceptan un parámetro. Los parámetros de salida se devuelven mediante un único resultado El lenguaje ofrece una notación para definir: constantes definición de tipos estructuras, uniones programas

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RPC de Sun rpcgen es el compilador de interfaces que genera: Suplente del cliente Suplente del servidor y procedimiento principal del servidor. Procedimientos para el aplanamiento (marshalling) 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 (nº de programa, nº de versión y nº de puerto) en el portmapper local El cliente envía una petición al portmapper del host donde ejecuta el servidor

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Ejemplo

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Esquema de la aplicación

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suma.x struct peticion { int a; int b; }; program SUMAR { version SUMAVER { int SUMA(peticion) = 1; } = 1; } = 99;

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suma.h #ifndef _SUMA_H_RPCGEN #define _SUMA_H_RPCGEN #include < rpc/rpc.h> struct peticion { int a; int b; }; #define SUMAVER ((u_long)99) #define SUMA ((u_long)1) extern int * suma_1(peticion *, CLIENT *); extern int * suma_1_svc(peticion *, struct svc_req *); #endif /* !_SUMA_H_RPCGEN */

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servidor.c #include "suma.h" int *suma_1_svc(peticion *argp, struct svc_req *rqstp) { static int result; result = argp->a + argp->b; return(&result); }

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cliente.c #include "suma.h" main( int argc, char* argv[] ) { CLIENT *clnt; int *res; peticion suma_1_arg; char *host; if(argc < 2) { printf("usage: %s server_hostn", argv[0]); exit(1); } host = argv[1];

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cliente.c II /* localiza al servidor */ clnt = clnt_create(host, SUMAR, SUMAVER, "udp"); if (clnt == NULL) { clnt_pcreateerror(host); exit(1); } suma_1_arg.a = 5; suma_1_arg.b = 2; res = suma_1(&suma_1_arg, clnt); if (res == NULL) { clnt_perror(clnt, "call failed:"); } printf("La suma es %dn", *res); clnt_destroy( clnt ); }

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Contenido Sistemas distribuidos Sistemas operativos distribuidos Comunicación de procesos Sincronización de procesos Gestión de procesos Sistemas de archivos Gestión de memoria

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Relojes lógicos En ausencia de un reloj global la relación causa-efecto (precede a) es la única posibilidad de ordenar eventos Relación de precedencia (Lamport) Si a y b son dos eventos del mismo proceso y a ocurrió antes que b, entonces a Y b Si a=send(m) y b=receive(m), entonces a Y b La relación es transitiva Dos eventos son concurrentes (a || b) si no se puede deducir entre ellos una relación de causalidad potencial

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Relojes lógicos (algoritmo de Lamport) Útiles para ordenar eventos en ausencia de un reloj común. Algoritmo de Lamport (1978) Cada proceso P mantiene una variable entera RLp (reloj lógico) Cuando un proceso P genera un evento, RLp=RLp+1 Cuando un proceso envía un mensaje m a otro le añade el valor de su reloj Cuando un proceso Q recibe un mensaje m con un valor de tiempo t, el proceso actualiza su reloj, RLq=max(RLq,t) El algoritmo asegura que si a Y b entonces RL(a) < RL(b)
Partes: 1, 2

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