A World Wide Web e Introdução aos Sistemas Distribuídos Programação na Internet Secção de...

A World Wide Web e Introdução aos

Sistemas Distribuídos

Programação na Internet Secção de Sistemas e Tecnologias de Informação

ISEL-DEETC-LEICLuis Falcão - [email protected]

Carlos Guedes – [email protected] Pereira – [email protected]

mailto:[email protected]



2007 - 2010©ISEL/DEETC/STI – Programação na Internet

Autores e contributos

• Autores– Paulo Pereira

• Contributos– Luís Falcão– Pedro Félix– Jorge Martins– Carlos Guedes– Nuno Datia

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Agenda

• A Internet e a World Wide Web• Identificação de recursos

– Uniform Resource Locator (URL)

• Sistemas distribuídos (introdução)– Distribuição: causas e consequências

• Propriedades pretendidas– Organização de software em camadas– Arquitecturas de sistemas distribuídos

• Modelos de interacção• Desenho de sistemas distribuídos

• O objecto de estudo– Aplicações Web

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Internet• O que é a Internet?

– A rede IP – “Auto-estrada da informação”

• IETF - Internet Engineering Task Force– Organização responsável pela normalização de serviços e protocolos da Internet– http://www.ietf.org/

• Alguns dos protocolos mais utilizados– FTP – File Transfer Protocol– SMTP – Simple Mail Transfer Protocol– HTTP – Hyper Text Transfer Protocol

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Mais Info: http://www.answers.com/internet http://en.wikipedia.org/wiki/Internet

http://www.ietf.org/



http://www.answers.com/internet

http://en.wikipedia.org/wiki/Internet

2007 - 2010©ISEL/DEETC/STI – Programação na InternetFonte: http://www.opte.org/maps/

net, ca, us com, org mil, gov, edujp, cn, tw, au de, uk, it, pl, fr br, kr, nl unknown

Legenda:

Rotas na internet (cerca de 30%)

Data: Jan 15 2005


World Wide Web – WWW

• O que é a World Wide Web?– Serviço mais utilizado na Internet– O utilizador, recorrendo a um browser, “vê” a Internet como um conjunto de

recursos interligados (através de URI)

• W3C – World Wide Web Consortium – http://www.w3.org/– “Led by Web inventor Tim Berners-Lee and CEO Jeffrey Jaffe, W3C's mission is to

lead the Web to its full potential.”

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recurso

recurso

recurso

recurso

recurso

recurso

Mais Info: http://www.answers.com/topic/world-wide-web http://en.wikipedia.org/wiki/Www

http://www.w3.org/

http://www.w3.org/People/Berners-Lee/

http://www.w3.org/People/Jeff/

http://www.answers.com/topic/world-wide-web

http://en.wikipedia.org/wiki/Www

2007 - 2010©ISEL/DEETC/STI – Programação na Internet Fonte: Wikipedia


WWW – Historial (1)

• Dez. 1991: demonstração da WWW na Hypertext’91• 1993: No National Center For Supercomputing

Applications (NCSA) é criado o primeiro browser (Mosaic)

• 1994: Criado o World Wide Web Consortium (W3C)– Organização responsável pela normalização das tecnologias utilizadas

na Web - http://www.w3.org/

• O sucesso da Web promoveu-a a ambiente de execução de aplicações distribuídas, as aplicações Web

8

http://www.w3c.org/


WWW – Historial (2)• Crescimento de domínios na Web

– 158,209,426 domínios em Fevereiro de 2008 (+2.6 milhões que no mês anterior)– Apenas ~70,000,000 dos quais activos (~44%)

9

Fonte: http://news.netcraft.com/archives/2008/02/index.html


WWW – Intervenientes

• Browser – Cliente HTTP• Mais correctamente

designado de user-agent

• Servidor Web - Servidor HTTP • normalmente é usado o porto TCP 80

• Proxy – Intermediário que realiza caching– Pode também realizar controlo de acessos


WWW – Intervenientes (cont.)

Browser

intranet

Browser (ex: IE)

Proxy Server

Browser (ex:Firefox)

HTTP

HTTPHTTP

HTTP

HTTP

HTTP


Agenda (cont.)







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Identificação de recursos

• URI - Uniform Resource Identifiers (RFC 3986)– Definem a sintaxe para identificadores de recursos

• Formato genérico de um URI <esquema>:<parte-específica-esquema>

• Tipos de URIs– URN - Uniform Resource Names (RFC 2141)

• Identificadores persistentes, independentes da localização– Exemplo: urn:ietf:rfc:2141

– URL – Uniform Resource Locators (RFCs 2368, 1738, 1808)• Identificam por localização

– Exemplo: http://www.w3.org/Addressing/

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Mais Info: http://www.ietf.org/rfc/rfc3986.txt

http://www.ietf.org/rfc/rfc3986.txt


URL (Uniform Resource Locators)

• Caracteres utilizados nos URL:– Caracteres US-ASCII– Caracteres que podem ser reservados:

{“;”, “/”, “?”, “:”, “@”, “=”, “&”,“#”}• Se aparecerem fora do contexto para o qual foram reservados, devem ser

codificados– Codificação de caracteres: %<código_hexadecimal>– Se o esquema tiver links relativos e uma estrutura hierárquica, os componentes

da hierarquia devem ser separados por “/”

• Ex:– http://labnet.cc.isel.ipl.pt/login.aspx?ReturnUrl=%2fblogs

%2fdefault.aspx

14

%2f representa o caracter '/'


Esquemas

• Parte específica de esquemas que envolvem protocolos da família TCP/IP<scheme>:[//][<user>[:<password>]@]<host>[:<port>]<url-

part>

<url-part> = <path>[?<querty>][#<fragment>]

• Alguns exemplos:http://www.slbenfica.pt/register.asp?nome=Paulo%20Pereira&id=1http://[email protected]/index.aspx

ftp://anonymous:[email protected]/pub;type=a mailto:[email protected]?subject=SLB&body=O%20Glorioso

• Para mais informações veja http://www.w3.org/Addressing/

15

http://www.w3.org/Addressing/


Agenda (cont.)







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Sistemas Distribuídos

• O que é um Sistema distribuído?

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“A distributed system is one in which components located at networked computers communicate and coordinate

their actions only by passing messages”

George Colouris et al,

in “Distributed Systems: Concepts and Design”


Sistemas Distribuídos: Motivação (1)

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“It is easy to understand why networked systems are popular. Such systems allow the sharing of information

and resources over a wide geographic and organizational spread.”

Michael D. Schroeder,

in “Distributed Systems, chapter 1”

“They allow the use of small, cost-effective computers.”idem

“They can grow in small increments over a large range of sizes.”

ibidem


Sistemas Distribuídos: Motivação (2)

• Escalabilidade: Uma definição– Capacidade que o sistema tem para suportar o aumento do número de

participantes (normalmente utilizadores) mantendo os níveis de qualidade de serviço (QoS) desejados

• Como suportar o aumento de escala?– Scale-up (ou vertical scaling)

• Aumento da capacidade da máquina usada• Custos de hardware elevados

– Scale-out (ou horizontal scaling)• Aumento do número de máquinas usadas• Custos de hardware menores• Ónus da distribuição colocado no software

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Sistemas Distribuídos: Desafios

• Consequências da distribuição:– Troca fiável de mensagens– Segurança– Coordenação

• Propriedades pretendidas:– Escalabilidade– Disponibilidade (Desempenho e Fiabilidade)

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“An interesting observation about network-based applications is that the best application performance is obtained by not using the

network.”Roy Thomas Fielding,

in “Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures”,

PhD dissertation


Fiabilidade na troca de mensagens

• O stack TCP/IP resolve o problema?

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• Uma solução: mensagens idem potentes

• Outra solução: mensagens com marcas temporais

AA BBDébito 100€ na conta 1

Débito realizado (saldo suficiente)

AA BB

Saldo da conta 1 ?

Saldo da conta 1 é 1000€

OK

Saldo da conta 1 = 900€


Coordenação

• Sincronização– No acesso concorrente a recursos partilhados

• Uma escrita exclui todos os restantes acessos– Soluções:

• Conservadoras (ou pessimistas): “Check and act”• Optimistas: “Try and see”

– Exemplo: Transacções

• Acordo (por maioria ou consenso)– Acerca do valor de um recurso partilhado– Acerca do sucesso ou insucesso de uma ou mais operações

• Exemplo: Transacções distribuídas

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Sincronização

• Uma solução: Transacções (propriedades ACID1)– A propriedade I (isolamento) pode ser relaxada (função do domínio do problema)

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AA BB

Saldo da conta 1 ?

Saldo da conta 1 é 1000€

OK

Saldo da conta 1 = 900€ CC

Saldo da conta 1 ?

Saldo da conta 1 é 1000€Saldo da conta 1 = 900€

OK ?

AA BB

Iniciar transacção

Terminar transacção

Transacção sucedida ou falhada

...

...

1 Atomicity, Consistency, Isolation, Durability


Acordo: Transacções distribuídas (1)• Protocolo Two phase commit (enrolling)

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AA

RM1

RM1

RM 2

RM 2

DTCDTCStart

TID

TIDdoOperations(TID)

doOperations(TID)

join TID

join TID


Acordo: Transacções distribuídas (2)• Protocolo Two phase commit (voting)

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RM 2

RM 2

AA

RM1

RM1

DTCDTCdoCommit(TID)

TID

canCommit(TID) ?

Yes

canCommit(TID) ?

Yes


Acordo: Transacções distribuídas (3)• Protocolo Two phase commit (committing)

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AA

RM1

RM1

RM 2

RM 2

DTCDTCdoCommit(TID)

commited(TID)

TID

doCommit(TID)

commited

doCommit(TID)

commited


Propriedades pretendidas

• Escalabilidade• Disponibilidade

– Desempenho• Latência• Throughput• Eficiência

– Fiabilidade• Tolerância a falhas

• Facilidade de manutenção– Evolutiva– Correctiva

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Agenda (cont.)







28


Organização de software em camadas (1)

• Designado de modelo layered– Favorece o isolamento

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ApresentaçãoApresentação

LógicaLógica

DadosDados

Interface pública

Implementação

Acesso a recursos(dados, outros componentes)

• Lógica (ou Business Layer) contém código que permanece válido– para qualquer apresentação– para qualquer fonte de dados

• Padrão de aplicabilidade recursiva


Organização de software em camadas (2)

• A separação lógica potencia a separação física!– E, consequentemente, a distribuição de carga

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Agenda (cont.)


– Uniform Resource Locator (URL)• Sistemas distribuídos (introdução)

– Distribuição: causas e consequências• Propriedades pretendidas

– Organização de software em camadas– Arquitecturas de sistemas distribuídos



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Arquitecturas de sistemas distribuídos

• Monolíticas (não distribuídas)• Cliente - servidor

– Baseiam-se na divisão de responsabilidades entre participantes, por exemplo, de acordo com critérios

• de posse da informação• de prestação de serviço (exploração de negócio)

– Taxonomia (função das divisões físicas)• Fat client• Tiered

– Rich client– Thin client

• Peer-to-peer– Todos os participantes têm responsabilidades equivalentes

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Arquitecturas Fat client (1)

• Quais as vantagens e desvantagens?

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LógicaLógica

DadosDados

Máquinas cliente

Servidor(es)


Arquitecturas Fat client (2)

• O que se ganhou?

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LógicaLógica

Máquinas cliente

Servidor(es)

Acesso a dados

Repositório(s) de dados


Arquitecturas Tiered: Rich client

• E agora?

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LógicaLógica

Máquinas cliente

Servidor(es)

Acesso a dados


Servidor(es)


Arquitecturas Tiered: Thin client

• Separação física: Até onde?

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LógicaLógica

Máquinas cliente

Servidor(es)

Acesso a dados


Servidor(es)

Servidor(es)

Execução de código de apresentação

Geração e distribuição de código de apresentação


Modelos de interacção (1)

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Pedido/Resposta

One-Way

Diálogo


Modelos de interacção (2)

• Pedido/Resposta– Comunicação de natureza síncrona

• O emissor do pedido não prossegue antes de obter a resposta– Desvantagens, citando Clemens Vasters

• "Request/Response forces your impatience upon the responding party”• “Unfair behavior because you don’t know what stress the other side is

having”• One-Way

– Comunicação de natureza assíncrona– O emissor não aguarda mensagem de resposta (logo o receptor pode

reagir de forma deferida)• Diálogos

– Comunicação de natureza assíncrona onde ambos os intervenientes têm a iniciativa de enviar mensagens

– Equivalente a One-Way bidireccional

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Desenho de sistemas distribuídos (1)

• Como influenciar as propriedades desejadas?• Não existem soluções universais (ainda?) para os desafios

– A adequação das soluções existentes é função do domínio do problema• No entanto, existem algumas ideias!

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Desenho de sistemas distribuídos (2)

• Algumas ideias: (serão revisitadas)– Dados

• Caching (tratamento difere de acordo com a natureza dos dados)• Replicação (total ou parcial)

– Serviços• Replicação (Clustering)

– Replicação favorece balanceamento de carga (estático e dinâmico)– Favorecimento de:

• soluções stateless• modelos de interacção assíncronos

– Gestão de recursos:• Activação just in time• Utilização de pools• Estado de conversação

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Agenda (cont.)• A Internet e a World Wide Web

• Identificação de recursos– Uniform Resource Locator (URL)





41


Arquitecturas de aplicações Web – Tiered (revisitado)

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LógicaLógica

Acesso a dados


Execução de código de apresentação

Geração e distribuição de código de apresentação

HTML, CSS, JavaScript, XML

Máquinas cliente(Browsers)

Servidor(es) Web

Servidor(es)Aplicacionais

Servidor(es)de Dados (SGBD)

ASP.NET

ADO.NET

.NET


Bibliografia

Distributed Systems - Concepts and Design, G. Coulouris at al, Addison Wesley, 2000

Distributed Systems: Concepts and Design,

Jean Dollimore at al, Addison Wesley, 2005

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