1) En las décadas de 1980 se produjeron dos avances tecnológicos clave: el desarrollo de microprocesadores baratos y potentes y la invención de redes que permiten conectar computadoras. 2) Los sistemas distribuidos combinan estas tecnologías para presentar un conjunto de computadoras independientes como un solo sistema, permitiendo la cooperación y multiplicación de la potencia de cómputo. 3) Los sistemas distribuidos se componen de procesos que se comunican a través de mensajes enviados por vías de comunicación como las re

1. Sistemas Distribuidos

2. Antecedentes
Dos grandes avances tecnológicos en los 80’s
Desarrollo de microprocesadores
De una máquina de 10 millones de dólares que ejecuta una
instrucción por minuto, se pasa a máquinas de 1000
dólares que ejecutan 10 millones de instrucciones por
seg..
Invención de redes
Posibilidad de conectar uno o más computadoras entre sí
•Roll Royce de 100 dólares con un billón de kilómetros por litro
•Tamaño manual para abrir puerta: 200 pgs.

3. Introducción
• Redes de comunicación: Permiten conectar
decenas, centenas y todas las máquinas que se
requieran (Internet).
• Sistemas Operativos distribuidos que permitan
cooperar y multiplicar la potencia del cálculo.

4. Desarrollos conceptuales
1960s 1970s 1980s
Tiempo
Compartido
Gráficas
Redes
Computadoras
como
herramientas
personales
Estaciones de
trabajo
Cliente/Servidor
Redes Locales
Sistemas
abiertos,
escalables,
tolerantes
a fallas
Ideas
clave
Instituciones
pilares
Xerox Alto
Lisp machine
Apple II
Smalltalk
Aloha net
MIT CTSS
Cambridge TSS
Tenex, Unix
Sketchpad
ARPANET
experiencia requerimientos experiencia requerimientosCiclos
Xerox Dorado
Sun 1, Apollo Domain
Xerox: DFS, Grapevine
Berkeley Unix
Newcastle Connection
Cambridge DCS
Ethernet, Cambridge Ring
Sistema V - Stanford
Sun NFS
MIT: X-11, Argus
CMU: Accent, Andrew
Mach
Amoeba
Chrous

5. Sistemas Distribuidos
• Conjunto de computadoras independientes que se
presenta a los usuarios como un sistema único.
• Aspectos
– El hardware : máquinas autónomas, es decir,
que puedan operar sin la supervisión de
ninguna otra.
– El software : Debe conseguir que los usuarios
del sistema lo vean como una máquina central
convencional única

6. Sistemas Distribuidos
• Conjunto de entidades que se comunican entre
ellos a través de mensajes, los cuales son enviados
sobre vías de comunicación.
• Entidades:
Procesos, computadoras, redes computadoras,
dispositivos, procesadores etc..

7. Otras definiciones
“A distributed system is one in which the failure of a
computer you didn’t even know existed can render your own
computer unusuable”
Leslie Lamport
“A distributed system is one that stops from getting any work
done when a machine you’ve never never heard of crashes”
Distributed Systems (Ed. Sape Mullender)
edition 1, ACM Press 1989

8. Elementos de Sistemas
Distribuidos
(1) Procesos
reciben, manipulan, transforman y emiten datos
(2) Vías de comunicación
medio sobre el cual circulan los datos y que
forman una red local dotado de propiedades
estructurales y dinámicas.

9. Los procesos
- Término introducido por Dijkstra en 1968 para modelar las
relaciones entre diferentes unidades de ejecución independientes
que deben compartir recursos comunes, (materiales y lógicos)
- En sistemas distribuidos,
unidad de ejecución elemental de un algoritmo distribuido
o paralelo; diversas de esas unidades pueden ejecutarse
simultáneamente, y cada una es indivisible.
- Se consideran procesos secuenciales, (i.e. presentan un flujo de
control único).
- Sensibles al paralelismo de su ambiente

10. Las Vías de
Comunicación
• Medio a través del cual viajan los mensajes
• Sistema distribuido: vías de comunicación virtuales
• Propiedades:
1. Propiedades estructurales
2. Propiedades comportamentales

11. Propiedades Estructurales
• Son de naturaleza topológica
• Se refiere a las mallas de comunicación
• Toda topología es posible según el problema tratado y el
algoritmo distribuido que lo resuelve.
• Estructuras más comunes:
1. Anillo
2. Estrella
3. Árbol
4. Completo

12. Propiedades
Comportamentales
Hipótesis sobre comportamiento de las vías de comunicación.
1. Transmisión se hace sin duplicación de mensajes
2. Transmisión sin alteración de mensajes
3. Entre dos procesos el orden de recepción de mensajes
es idéntico a su orden de emisión: no hay desplazamientos
4. Tiempo espera de un mensaje es finito, (aunque aleatorio),
(no hay perdida de mensajes).
5. Tiempo atención limitado => existe una cota superior
si no hay perdida de mensaje
mensaje fue recibido
en caso contrario
mensaje recibido o perdido

13. Características de los sistemas
distribuidos
• Uso de un sistema de comunicación.
• Ausencia de memoria común.
• Sincronización del trabajo.
• Ausencia de un estado global perceptible por un
observador.
• Comunicación a través de mensajes.

14. Tolerancia a fallas
• Sistema distribuido que puede seguir funcionando,
(tal vez con un menor desempeño), a pesar de que
uno de sus componentes no este funcionando
(sistemas robustos).
– Redundancia de hardware
– Recuperación de software

15. Confiabilidad
• Datos transmitidos a través de vías de
comunicación
• Posibilidad de pérdida y modificación de datos
(Capacidades de recuperación de datos)

16. Disponibilidad
• Falla 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 estación si la que
usa falla, o un servidor puede reinicializarse en
otra computadora.

17. Apertura del sistema
• Sistemas abiertos distribuidos proporcionan
un mecanismo de comunicación de
procesos uniforme y publican interfaces
para el acceso a recursos compartidos.
• Pueden ser construidos a partir de software
y hardware heterogeneo.

18. Concurrencia
• Varios procesos se encuentran sobre una sola
computadora.
• Ejecución intercalada en el caso de un solo
procesador y simultanea si existen n procesadores.
• Ejecución paralela posible debido a:
– Varios usuarios invocan comandos o interactuan con
programas de aplicación.
– Varios procesos servidores se corren concurrentemente.

19. Escalabilidad
• Sistemas distribuidos deben operar efectiva
y eficientemente en diferentes escalas.
• Sistema distribuido práctico más chico: dos
estaciones y un servidor de archivos.
• Sistemas distribuidos grandes

20. Ventajas
- Relativamente fácil y económico poner en conjunto
sistemas compuestos de un gran número de procesadores,
(CPUs), conectados en red.
- Dos entidades trabajan más rápido que una sola.
- Necesidad de sincronizar los trabajos de cada componente

21. Objetivos
• Limitaciones geográficas
• Seguridad (En un sistema centralizado existe un
único punto de fallo)
• Aumento constante de Potencia de cómputo : Si
la potencia del sistema llega a ser insuficiente
(Adquirir un nuevo equipo MainFrame vs
Adquirir computadoras personales)

22. Aspectos clave en el Diseño de los
Sistemas Operativos Distribuidos
• Tolerancia 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).

23. Aspectos clave en el Diseño de los
Sistemas Operativos Distribuidos
• Escalabilidad (Habilitar crecimiento de acuerdo a
la demanda).
• Evitar Hw centralizado
• Evitar Sw centralizado
• Ninguna máquina debe tener toda la información
de todo el sistema
• No existe un reloj común

24. 24
Aspectos Básicos de Diseño de
Sistemas Distribuidos
• Naming
• Comunicación
• Estructura software
• Asignación de carga
• Consistencia

25. 25
Naming
• Nombramiento de los diferentes recursos
• Nombres deben de tener significados globales
• Involucra las siguientes consideraciones:
– La elección del tamaño del nombre para cada tipo de
recurso, (puede ser finito o potencialmente infinitio)
– Nombres deben de ser “mapeados” por identificadores
de comunicación
• Un nombre depende de su contexto, por lo que para
resolver un nombre es necesario el nombre y un contexto

26. 26
Comunicación
• Componentes separados lógica y físicamente, por lo que
necesitan comunicarse entre ellos para interactuar
• Comunicación involucra las operaciones siguientes:
– la transferencia de datos
– la sincronización de la recepción con la emisión
• Dos enfoques en sistemas distribuidos:
– paso de mensajes
– llamado de procedimiento remoto
• Existen dos modelos:
– modelo de comunicación par a par
– modelo de comunicación grupal

27. 27
Estructura software
• Sistemas centralizados son monolíticos:
– conjunto abstracciones que se ofrece a las aplicaciones
estan reunidas en una sola interfaz
• Sistemas distribuidos
– programas aplicación pueden accesar diferentes
servicios , en el cual cada uno cuenta con su propia
interfaz para accesar recursos
• Principales niveles
– aplicaciones
– soporte de lenguaje de programación
– sistema operativo
– hardware

28. 28
Asignación carga
• Dado un proceso, en donde se va a ejecutar
• Modelo simple la capacidad de memoria y el desempeño
de un procesador de una estación determina el tamaño
máximo de tarea que se puede ejecutar
• Modelos
– modelo de servidor de estación
– modelo de piscina de procesadores
– modelo de la estación de trabajo
– modelo de memoria compartida distribuida

29. 29
Consistencia
• Diferentes procesos accesan y actualizan datos
concurrentemente
• Los cambios no son instantaneos
• Un cierto conjunto de cambios debe de aparecer igual a
todos los otros procesos que integran el sistema distribuido.
• Tipos consistencia:
– consistencia de actualización
– consistencia de replica
– consistencia de caché
– consistencia de fallas
– consistencia de reloj
– consistencia de interfaz de usuario

30. 30
Algoritmos Distribuidos
• Definición: abstracción lógica de un sistema
distribuido, se habla de un conjunto de procesos y de
líneas de comunicación virtuales
• Se habla de algoritmos concurrentes ejecutados en
diferentes procesadores,
• Originalmente los algoritmos eran diseñados para
ejecutarse procesadores distribuidos en un área grande
• Hoy en día incluye algoritmos usados en redes de área
local y multiprocesadores que comparten memoria

31. Atributos que diferencian a los
algoritmos distribuidos
• Método de comunicación entre procesos
– memoria compartida
– mensajes punto a punto y/o broadcast
– ejecución de procesos remotos (RPC)
• El modelo del tiempo
– completamente síncronos
– completamente asíncronos
– parcialmente síncronos

32. • El modelo de fallas
– sistema completamente fiable
– sistema tolera algunas fallas
– fallas bizantinas
• Los problemas a los que están dirigidos
– problemas de aplicación
– problemas de control

33. 33
Algoritmos distribuidos aplicación
• Son los algoritmos que definen una aplicación
• Representan la interfaz final entre los usuarios y el
sistema distribuido
• Se apoyan en arquitecturas de software como:
– CORBA: Common Object Request Broker Architecture
– COM: Component Object Model
– EJB: Enterprise JavaBeans

34. 34
Algoritmos distribuidos control
• Están por abajo de las aplicaciones
• Proporcionan dos tipos de servicios
– Proveedor de primitivas
• exclusión mutua
• envío/recepción mensajes
• control de concurrencia
• administración de archivos
– Observadores de propiedades
• interbloqueo
• terminación de la ejecución
• recolectores de basura

35. 35
Algoritmos de aplicación y control
Medio de soporte de comunicaciones
A1
CTL1
A2
CTL2
Ai
CTLi
An
CTLn
.....
..... ....
.
....
.
CTLi :control de la i-ésima aplicación
Ai: aplicación

36. Características algoritmos distribuidos
• Desconocimiento del número de procesos
• Desconocimiento de la topología de la red
• Entradas independientes en sitios diferentes
• Varias programas ejecutandose al mismo tiempo,
empezando en tiempos diferentes y operando a
diferentes velocidades
• No determinismo en el procesador (processor
nondeterminism)
• Tiempos entrega de mensajes diferentes
• Orden entrega de mensajes desconocido
• Fallas en la comunicación y en los procesos

37. Aplicaciones Algoritmos Distribuidos
• Redes de computadoras
• Computadoras multiprocesadores
• Procesos cooperantes
• Celdas de manufactura
• Redes inalámbricas - computación
móvil

38. Problemas a Resolver en las WAN’s
Confiabilidad del intercambio de datos
Selección de rutas de comunicación
Control de tráfico
Prevención de cuellos de botella
Seguridad

39. Problemas Comunes en
LAN’s
Broadcasting y sincronización
Elección
Detección de terminación
Asignación de recursos
Exclusión mutua
Deadlock
Mantenimiento archivos distribuidos

40. Computadoras
Multiprocesadores
Computadora que consiste de diferentes
procesadores generalmente ubicados dentro
de un mismo espacio físico
Procesadores homogéneos
Pequeña escala geográfica
Objetivo principal:
mejorar la velocidad del cálculo

41. Los Algoritmos Distribuidos y
los Multiprocesadores
Implementación sistema envío de mensajes
Implementación memoria virtual compartida
Balance de carga
Tolerancia a fallas

42. Procesos Cooperantes
Procesos que interactuan para la solución
de un determinado problema, o para
proporcionar un servicio
Comparten memoria en común
Trabajan sobre el mismo procesador
Ejemplo: sistemas operativos, (daemons)

43. Algoritmos Distribuidos y los
Procesos Cooperantes
Exclusión mutua
Deadlocks
Sincronización
Intercambio de información
Asignación recursos

44. Celdas de Manufactura
Robots conectados entre ellos a través de un medio
de comunicación, cada uno desarrollando una
actividad en particular, con un objetivo global en
común
- ensamblaje
- control de un determinado sistema

45. Computación Móvil
Wireless Local Area Networks o WLAN’s.
Ausencia de cables como medio de comunicación.
Envío/recepción de ondas electromagnéticas que
viajan del emisor al receptor a través del espacio.
Computadoras desatadas (untethered o tetherless
computer).
Computadoras y aplicaciones móviles.
Computadoras nómadas.

46. Problemas Resueltos por los
Algoritmos Distribuidos
• Ruteo
• Pagging
• Información de la ubicación de la unidad móvil
(almacenamiento y actualización)
• Consistencia
• Seguridad
• Transferencias de llamadas

47. Algoritmos ¿distribuidos?
• ¿Qué distribuir?
• Datos
• Control

48. Distribuyendo los datos
• La distribución puede tomar diversas
formas:
• Duplicación
• Particionamiento

49. La Duplicación de Datos
Existe duplicación 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
instante
las copias físicas xi tengan el mismo valor x
x1 = x2 = ...... xi ...... xn = x

50. Ejemplo de duplicación
x1
x2
x3
Pierre 500
Sam 700
Juan 900
Pierre 500
Sam 700
Juan 900
Pierre 500
Sam 700
Juan 900

51. Partición de Datos
Hablamos 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 información se tiene
que consultar a todo el mundo
I = (x1 + x2 + ... xi ... + xn)

52. Ejemplo de Partición
x1 x2
x3
Pierre 500 Sam 500
Juan 900

53. Distribuyendo el Control
• No existe una jerarquía estática
• No hay un proceso líder que en permanencia asegure el
control
• Puede ser necesario un algoritmo de asignación de
funciones
• Muy a menudo depende del problema que se intenta
resolver