AD Unidad1: Fundamentos de sistemas paralelos y distribuidos

Aplicaciones Distribuidas Carrera de Software
Ph.D. Franklin Parrales 1
05/12/2022
Fundamentos de sistemas
paralelos y distribuidos
Unidad 1
Material docente compilado por el profesor Ph.D. Franklin Parrales Bravo
para uso de los cursos de Aplciaciones Distribuidas

05/12/2022
Objetivo general de la Unidad 1
Identificar los fundamentos de sistemas
distribuidos y tecnologías de programación
paralela a través de la revisión sistemática de
contenidos actualizados, con la finalidad de
construir una base sólida de conocimientos que
permita su posterior aplicación.

05/12/2022
Unidad 1: Fundamentos de sistemas
• Computación en Paralelo y Computación
Distribuida
• Conceptos de Sistemas distribuidos
• Caracterización de un sistema distribuidos
• Message Exchange Patterns (MEPs)
• Arquitectura de desarrollo de Servicios
• Arquitecturas paralelas

05/12/2022
•En ingeniería es imprescindible conocer qué significa cada vocablo sin ambigüedad
•En el ámbito de la computación distribuida, no existe un vocabulario universal
•Esto es debido a:
•Hay múltiples actores involucrados (industria, universidades, individuos)
•Cada actor tiene sus propios intereses (quizás en conflicto)
•El estado del arte evoluciona a gran velocidad
•Esto produce que:
•Se fomente la confusión entre los diferentes actores involucrados
•Se dificulte la estandarización
•En esta asignatura vamos a mantener una serie de convenciones en relación a la
nomenclatura y al vocabulario para poder “hablar con precisión”
•Para ello, definiremos un conjunto de términos de manera precisa
•Habrá que tener en cuenta que, en otros contextos, los términos aquí definidos
pueden tener significados (sensiblemente) diferentes
El vocabulario de la computación distribuida

05/12/2022
Monoprogramación: Ejecución secuencial de trabajos
9 28
E/S
T2
T3
T5
t
T2 T3
T5
S.O.
T2
T3
T5
T3 T5
19
T3
T5
T6
T5 T6
CPU ociosa 35,7%
Multiprogramación: Ejecución simultánea de trabajos
T2
T3
T5
t
S.O.
UCP
IT2
T2
T3
T5
T1, T2,
T3, T4,
T5, T6
IT3
IT5
15 1718

05/12/2022
Conceptos necesarios
• Compute Intensive – un solo problema que
requiere una gran cantidad de
computación(cálculo).
• Memory Intensive – un solo problema que
requiere una gran cantidad de memoria.
• Data Intensive – un solo problema que
opera en un gran conjunto de datos.
• High Throughput – muchos problemas no
relacionados que se calculan de forma
masiva.

05/12/2022
Aplia
c ci C (Hi h T t
u )
Comu
p ting
u
hroughp
g
s HT
one
Aplicaciones HTC (High Throughput Computing)
• Su objetivo es aumentar el número de ejecuciones por unidad de tiempo
• Su rendimiento se mide en número de trabajos ejecutados por segundo
• Áreas de aplicación: HEP, bioinformática, finanzas…
Preprocessing Job
Master Job (M)
Postprocessing Job
Job 0 Job i Job n
… …
Preprocessing Job
Postprocessing Job
Job 0 Job 1 Job n
… …
Preprocessing Job
Postprocessing Job
Job 0
Job i
Job n
… …
HTC
Síncrono
HTC
Asíncrono
Master-slave

05/12/2022
Ecuación no lineal de Schrödinger
Ecuaciones de Maxwell-Bloch Esquemas numéricos
∂u
=
ui +
1 −ui −
1
∂x h
k
h
Aplicaciones HPC (High Performance Computing)
• Su objetivo es reducir el tiempo de ejecución de una única aplicación paralela
• Su rendimiento se mide en número de operaciones en punto flotante por
segundo (FLOPS)
• Áreas de aplicación:
• Estudio de fenómenos a escala microscópica (dinámica de partículas)
• Resolución limitada por la potencia de cálculo del computador
• Cuantos más grados de libertad (puntos), mejor reflejo de la realidad
• Estudio de fenómenos a escala macroscópica (sistemas descritos por
ecuaciones diferenciales fundamentales)
• Precisión limitada por la potencia de cálculo del computador
• Cuantos más puntos, más se acerca la solución discreta a la continua

05/12/2022
HTC vs HPC
• Las tareas de HPC se caracterizan por necesitar
grandes cantidades de potencia de cómputo
durante cortos períodos de tiempo.
– Los entornos HPC a menudo se miden en términos
de FLOPS.
• Las tareas de HTC también requieren grandes
cantidades de cómputo, pero durante mucho más
tiempo (meses y años, en lugar de horas y días).
– A HTC no le preocupan las operaciones por segundo,
sino las operaciones por mes o por año.
– Por lo tanto, el campo de HTC está más interesado
en cuántos trabajos se pueden completar durante un
largo período de tiempo en lugar de qué tan rápido.

05/12/2022
Modelos de computación y programación
•Definición de Modelo de Computación (Programación):
“Paradigma que proporciona y determina la visión que un programador tiene sobre la
ejecución (y desarrollo) de un programa”
Podemos establecer diferentes clasificaciones de los Modelos de
Computación/Programación dependiendo del criterio que deseemos utilizar:
•Criterio basado en la modularidad del código:
•Modelo de programación orientado a objetos
•Modelos de programación procedimental
•Criterio basado en el tipo de sistema sobre el que ejecuta el programa:
•Modelo de computación monolítica
•Modelo de computación paralela
•Modelo de computación distribuida
•Modelo de computación cooperativa (computación P2P)

05/12/2022
Modelos de computación
•Computación Monolítica
•Procesadores: El programa ejecuta en un solo procesador
•Ligazón: Ninguna
•Requiere: Se requiere el hardware de un ordenador
•Ejemplo: Ejecución de programas en un PC
•Cuestión: ¿Soporta la computación monolítica los sistemas multiusuario?
•Computación Paralela
•Procesadores: El programa ejecuta en un conjunto de procesadores que están
fuertemente ligados
•Ligazón
•Los procesadores cooperan íntimamente y se sincronizan
•Los procesadores comparten memoria principal
•Los procesadores comparten otros recursos del ordenador (periféricos, etc.)
•Requiere:
•Se requiere el hardware de un ordenador
•Se requiere el hardware de varios procesadores (CPUs)
•Se requiere un mecanismo de interconexión y control de los procesadores
•Ejemplo: Ejecución de programas en un ordenador con núcleo dual.
•Cuestión: ¿Puede un mismo programa secuencial ejecutar en múltiples
procesadores?

05/12/2022
Modelos de computación
•Computación Distribuida
•Procesadores: El programa ejecuta en un conjunto de procesadores que están
ligeramente ligados
•Ligazón:
•Los procesadores pueden intercambiar mensajes
•Los procesadores no comparten (directamente) memoria principal
•Los procesadores no comparten (directamente) sus recursos hardware
•Requiere: (Un sistema distribuido)
•El hardware de varios ordenadores
•Una red de ordenadores
•Hardware de interconexión
•Ejemplo: Ejecución de un programa en una red de área local
•Computación Cooperativa y Computación P2P (un tipo de Comput. Distribuida)
•Procesadores: El programa ejecuta en un conjunto dinámico y muy grande de
procesadores que están débilmente ligados. Se asume que los recursos de
procesador de los que el programa puede disponer están restringidos.
•Ligazón: Similar a la de la computación distribuida
•Requiere: Un sistema distribuido + una red de área extendida (Internet p.e.)
•Ejemplo: Ejecución de un programa en Internet (SETI@home)

05/12/2022
Computación Distribuida
•Definición de Computación Distribuida
“Modelo de computación que se caracteriza por estar adaptado a la ejecución de
programas en sistemas distribuidos”
•Definición de Sistema Distribuido
“Sistema informático compuesto por un conjunto de nodos de procesamiento
(ordenadores) que se encuentran ligados a través de una red que permite el intercambio
de mensajes entre los mismos”
•La computación distribuida (los sistemas distribuidos) se ha convertido en un
elemento esencial en la industria en las últimas décadas
•Redes de área local
•Internet
•Aplicaciones Cliente/Servidor
•¿Por qué la computación distribuida es tan popular?

05/12/2022
Ventajas de la Computación Distribuida
•Compartición de recursos
•Cualquier recurso disponible en la red puede ser accedido por otros nodos
•Ejemplos: Servidores de ficheros, Servidores de BD, Impresoras, etc.
•Ahorro de costes
•Los ordenadores son baratos, conectar ordenadores en red es barato  Construir
un sistema distribuido es barato
•Computación distribuida  se pueden compartir los recursos más caros
•Ejemplos: Impresora a color, hardware específico, memoria, etc.
•Escalabilidad
•Con computación monolítica, los recursos disponibles están limitados a los
presentes en un solo ordenador
•Con computación distribuida, los recursos disponibles se pueden escalar
introduciendo nuevos nodos (ordenadores) en el sistema soporte
•Tolerancia a fallos
•Un recurso crítico puede ser replicado en varios nodos (distantes) de la red.
•Ejemplo: Copias de seguidad (Backups)
•Ventajas de la Comunicación
•No es posible intercambiar información entre ordenadores distantes sin utilizar un
modelo de computación distribuida

05/12/2022
Inconvenientes de la Computación Distribuida
•Si hay tantas ventajas, ¿por qué no todas las aplicaciones son distribuidas?
La computación distribuida también presenta serios inconvenientes
Modelo de fallos más complejo y difícil de gestionar
•Computación monolítica
•Lo habitual es que todas las partes de un programa fallen de manera simultánea
•No existe el concepto de fallo de comunicación
•Cuando hay fallos, es posible recuperar el estado de cada parte del programa
•En computación distribuida
•Cada parte del programa falla de manera independiente
•Hay (frecuentemente) fallos en las comunicaciones. La red no es fiable
•Cuando hay fallos, no hay conocimiento global sobre el estado del programa.
Habitualmente no es posible que unas partes del programa puedan tener
información relativa al estado de otras
•Hay más elementos susceptibles de fallo: “un sistema distribuido es aquel en el
que el fallo de un ordenador que, ni siquiera sabes que existe, puede dejar tu
propio ordenador inutilizable” – Leslie Lamport.

05/12/2022
Mayor vulnerabilidad frente a ataques intencionados (aspectos de seguridad)
•Es muy difícil manipular la información que se intercambia entre las distintas
partes de un programa
•Es muy difícil suplantar partes de un programa
•Existe un único administrador conocido y “fiable”
•La administración está centralizada
•Los problemas siempre “vienen de dentro del sistema” (p.e. virus)
•La seguridad de la comunicación no está, en principio, garantizada
•La identidad de las partes no está, en principio, validada
•Puede haber diferentes administradores con “fiabilidad” desconocida
•La administración es descentralizada
•En sistemas abiertos (p.e. Internet), se fomenta el que cualquiera pueda formar
parte del sistema distribuido
•Los problemas pueden venir de fuera (p.e. gusanos) o de dentro del sistema
(p.e. virus)

05/12/2022
Mayor complejidad de desarrollo
•Hay un solo hardware en el que se ejecuta la aplicación
•El modelo de fallos es sencillo de gestionar
•Los problemas de seguridad son mínimos
•Hay información global sobre el estado de las distintas partes del programa
•La comunicación entre los miembros es potente y flexible
•Puede haber múltiples plataformas hardware en las que el programa ejecuta
•El modelo de fallos es complejo y difícil de gestionar
•Los problemas de seguridad son abundantes y con soluciones complejas
•No hay información global sobre el estado de las distintas partes del programa
•La comunicación está limitada (en ancho de banda, en latencia, etc.)
•Diferentes sistemas utilizan diferentes formatos de representación de datos

05/12/2022
Las Falacias de la Computación Distribuida
… by Peter Deutsch, James Gosling
• Las Falacias de la Computación Distribuida son un conjunto de suposiciones
erróneas que suelen asumir los programadores inexpertos en desarrollo de
software distribuido
“All prove to be false in the long run and all cause big trouble and painful learning
experiences” – Peter Deutsch
1. La red es fiable
2. La latencia es cero
3. El ancho de banda es infinito
4. La red es segura
5. La topología no cambia
6. Hay un administrador
7. El coste de transporte es cero
8. La red es homogénea

05/12/2022
Distribuida

05/12/2022
Un paseo por las Arquitecturas de las TI
La evolución arquitectural de las TI ha seguido los siguientes
principios.
Conseguir un universo de información fácil de compartir y
escalar.
Resistencia ante fallos.
Balanceo de carga de procesamiento.
Clientes ligeros.
Personalización del entorno.
Menor coste, más eficiencia.
Usuario final nada especializado.
Mainframes PCs
Arquitectura
Cliente/Servidor
Arquitectura
Web
Grid Cloud

05/12/2022
Arquitectura de Sistemas Centralizados
• Único computador (caro y de gran potencia) con
terminales alfanuméricos directamente conectados.
• Entornos de empresa:
– Soporte multiusuario
– Uso de mainframes o minicomputadores
• Entornos científicos:
– Ejecución eficiente de aplicaciones
– Uso de supercomputadores
• Uso ocasional de la red:
– Transferir ficheros o logins remotos
• Interfaz de usuario poco amigable
– Interfaces gráficas gastan muchos recursos

05/12/2022
Arquitectura de Sistemas Centralizados
Mainframes / Minis y Micros
Mainframes: robustos armarios
sin distribución, hoy percibidos
casi como dinosaurios
Minis y Micros: se achican las
máquinas aquí conectadas por
redes con topología fija: anillos,
token-ring, estrella, Ethernet, etc.)
Ley de Gordon Moore:
“Cada 18 meses se duplica el núm. de
transistores en un circuito integrado y
su precio se reduce a la mitad”,
¡Imparable desde Abril, 1965!
“Cada 2 años en los ordenadores (que
surgen en 1971)”
¡Imparable desde 1975!

05/12/2022
Arquitectura de Sistemas Distribuidos
• Conjunto de procesadores conectados por una red
• Cada usuario tiene capacidad de procesamiento local
que permite interfaces de usuario sofisticadas.
• Uso intensivo de la red para compartir recursos:
– dispositivos
– datos
– procesadores (migración de procesos)
• Capacidad global de procesamiento
disponible para:
– Servicio a múltiples usuarios
– Ejecución paralela de una aplicación
PC
PC
PC
PC
PC
ethernet

05/12/2022
Nacimiento de los Sistemas
Distribuidos
Causas:
• Tecnología de microprocesadores: relación potencia/coste.
• Tecnologías de comunicaciones:
– Protocolos de comunicaciones.
– Redes de área local (LAN): Coste y prestaciones.
– Internet
• Factores comerciales:
– Comercio electrónico: e-comerce.
– Información distribuida (WWW).
– Reducción de costes.

05/12/2022
Ventajas de los Sistemas Distribuidos
• Economía: Buena relación rendimiento/coste
– Ley de Grosch (obsoleta):
Prestaciones = cte x (Precio)2
• Alto rendimiento: Procesamiento paralelo.
• Soporte de aplicaciones inherentemente distribuidas.
– Por ejemplo: empresa distribuida geográficamente
• Capacidad de crecimiento: Escalabilidad.
• Fiabilidad y disponibilidad: Tolerancia a (ciertos) fallos.
• Carácter abierto y heterogéneo:
– Estándares de interoperabilidad.
• Compartir recursos y datos.

05/12/2022
Desventajas de los Sistemas
Distribuidos
• Necesidad de un nuevo tipo de software:
– Más complejo.
– No hay todavía un acuerdo sobre cómo debe ser.
• Red de interconexión introduce nuevos
problemas:
– Pérdida de mensajes y saturación.
– Latencia puede provocar que al recibir un dato ya
esté obsoleto.
– La red es un elemento crítico.
• Seguridad y confidencialidad

05/12/2022
Aplicaciones de los Sistemas
Distribuidos
• Servicios Internet: correo, noticias, Web, ... nuevos servicios.
• Redes corporativas e intranets.
• Procesamiento paralelo:
– Procesamiento masivo (solución a la eficiencia).
– Topología distribuida (problemas de naturaleza distribuida)
• Sistemas distribuidos de gestión de bases de datos y
explotación de los mismos: e.g. Data Warehousing.
• Aplicaciones multimedia.
• Sistemas industriales distribuidos y aplicaciones de control.
• Sistemas distribuidos de tiempo real.
• ..... < y muchos más >

05/12/2022
Sistemas Cooperativos
Definición: [Cho97]
Sistemas software orientados a servicios de alto nivel que
requieren el soporte de mecanismos de comunicación en base a
los cuales los protocolos de comunicaciones de alto nivel se
construyen.
Características:
– Se mantiene el grado de trasparencia sacrificando la visión de
único sistema. Son sistemas autónomos independientes.
– Se construyen en base a middlewares (CORBA, DCE, DCOM,
...)
– Los sistemas resultan de la integración de múltiples servicios
proporcionados por diferentes elementos de la red.

05/12/2022
Middleware
Middleware:
– Capa de software que ejecuta sobre el sistema operativo local
ofreciendo unos servicios distribuidos estandarizados.
– Sistema abierto independiente del fabricante.
– No depende del hardware y sistema operativo subyacente.
Ejemplos:
– DCE (Open Group).
– CORBA (OMG).
– ...
Hardware
SO
Hardware
SO
Hardware
SO
Middleware

05/12/2022
Mensajes
Un mensaje es una pieza discreta de datos enviada desde una applicación hacia otra.
Mensajes tipicamente contienen headers (metadata) y un body (application payload)
metadata
data Data description
Something happened!
Do something
superset

05/12/2022
Middleware
(middleware orientado a mensajes)
• Mensajes se intercambian entre middlewares
(middleware orientado a mensajes)
– El middleware entiende el formato del mensaje
– No siempre entiende el contenido del mensaje,
en particular el cuerpo.
• Entiende al menos algunos de los metadatos en los
headers
• Middleware es el pegamento(glue) que
combina las aplicaciones de nivel superior.

05/12/2022
Mensajes y Middleware
Machine A Machine B Machine C
Distributed Applications
Middleware Services
OS, e.g.
Windows
OS, e.g.
Mac OS X
OS, e.g.
Linux
Network
messages

05/12/2022
Objetivos de un Sistema Distribuido
En general el desarrollo de sistemas distribuidos
intenta poner solución a los siguientes objetivos:
1. Transparencia.
2. Fiabilidad.
3. Rendimiento.
4. Capacidad de crecimiento.
5. Flexibilidad.
6. Seguridad.
Sistemas operativos distribuidos, sistemas en red y
sistemas cooperativos requieren diferentes facetas
de estos objetivos.

05/12/2022
Transparencia
Existen varios perfiles de trasparencia:
– Acceso: Manera de acceder a recurso local igual que a remoto.
– Posición: Se accede a los recursos sin conocer su localización.
– Migración: Recursos pueden migrar sin afectar a los usuarios.
– Concurrencia: Acceso concurrente no afecta a los usuarios.
– Replicación: La existencia de réplicas no afecta a los usuarios.
– Fallos: La ocurrencia de fallos no afecta a los usuarios.
– Crecimiento: El crecimiento del sistema no afecta a los
usuarios.
– Heterogeneidad:Carácter heterogéneo no afecta a los usuarios.
¿Es buena tanta transparencia?
– A veces el usuario precisa conocer cómo es el sistema
subyacente
1

05/12/2022
Fiabilidad
Fiabilidad como disponibilidad:
– Teóricamente: OR-lógico de sus componentes.
– En ciertos casos: AND-lógico de varios componentes.
– Mecanismos: redundancia y evitar componentes
críticos.
– Tolerancia a fallos: Los componentes pueden no
caerse pero funcionan de forma errónea.
Fiabilidad como coherencia:
– Se dificulta con la redundancia: inconsistencias
La fiabilidad está relacionada con la seguridad (otro
objetivo).
2

05/12/2022
Rendimiento
Rendimiento para un servicio multiusuario:
– Objetivo: Rendimiento no peor que un sistema centralizado
Rendimiento para la ejecución paralela de aplicaciones:
– Objetivo: Rendimiento proporcional a procesadores empleados
Factores:
– Mayor número de procesadores
– Elementos críticos:
• Especialmente la red: Latencia de la comunicación, uso de caches, ...
– Grano de paralelismo (relación proceso/comunicación).
– Replicación de elementos/tareas.
– Equilibrado de carga.
3

05/12/2022
Capacidad de Crecimiento
Diseño de un sistema distribuido debe evitar “cuellos de
botella”:
– Componentes centralizados
– Tablas centralizadas
– Algoritmos centralizados
Problemática agravada por el número de elementos:
– Ninguna máquina tiene información completa del estado
del sistema
– Las decisiones se basan sólo en información disponible
localmente
– El fallo de una máquina no debe invalidar el algoritmo
– No debe asumir la existencia de un reloj global
4

05/12/2022
Flexibilidad(1)
Capacidad para ampliarlo o extenderlo con
nuevas funcionalidades de forma sencilla.
Definición de responsabilidades:
– Sistemas con m-kernel:
• Comunicación entre procesos.
• Cierta administración de memoria.
• Administración y planificación de procesos (limitada y
de bajo nivel).
• Entrada/salida de bajo nivel.
– El resto, servicios a nivel de usuario.
5

05/12/2022
Flexibilidad(2)
Un elemento fundamental de la flexibilidad son los
sistemas abiertos.
El desarrollo de estos sistemas requiere:
– Sus interfaces y protocolos deberían ser públicos.
– Contrario a ”tecnología propietaria”.
– Uso de estándares siempre que sea posible.
– Disponibilidad de su código fuente (libremente o no).
– Regulación por parte de un colectivo (usuarios u
organizaciones) y no por particulares (fabricantes).

05/12/2022
Seguridad
• Un sistema distribuido es inherentemente inseguro.
• Diversas formas de ataque a la seguridad:
– Escucha de mensajes, inyección de mensajes falsos,
retransmisión de mensajes escuchados anteriormente,
suplantación de cliente o servidor, privación de servicio,
etc.
• 2 aspectos:
– Autenticación: verificación de la identidad de un
componente
– Integridad y carácter confidencial de los datos transmitidos
• Solución a ambos basada generalmente en
criptografía
6

05/12/2022
Comunicación en Sistemas
Distribuidos
Permite la interacción entre aplicaciones y servicios
del sistema.
Modelos de comunicación entre procesos:
– Memoria compartida (Sólo uni/multiprocesador no
distribuido).
– Paso de mensajes.
El nivel de abstracción en la comunicación:
– Paso de mensajes puro (Cliente-Servidor).
– Llamadas a procedimientos remotos.
– Modelos de objetos distribuidos.

05/12/2022
Factores de Comunicación
Los diferentes mecanismos de comunicación
se caracterizan por los siguientes factores:
– Rendimiento: Latencia, ratio de transferencia,
ancho de banda, ...
– Escalabilidad: Número de elementos activos.
– Fiabilidad: Pérdida de mensajes.
– Seguridad:Cifrado, certificación, ...
– Movilidad: Equipos móviles.
– Calidad de Servicio (QoS): Reserva y garantía de
anchos de banda.
– Comunicación en grupo: Multicast.

05/12/2022
Niveles de Comunicación
TCP/UDP
Protocolo y
Representación
RMI/RPC
App./Servicios
3) Llamadas a
procedimientos
remotos y objetos
distribuidos.
ATM/Ethernet
Interfaz
y
Lógica de
Comunicación
App./Servicios
2) Funcionalidades de
comunicación de bajo
nivel. Sistemas Operativos
Distribuidos.
TCP/UDP
API (sockets)
Aplicaciones
y
Servicios
1) Paso de
mensajes puro.
Aplicaciones en
red.

05/12/2022
Primitivas de Comunicación
Cada una de las funciones de comunicación de una
tecnología determinada. Las primitivas básicas son:
– Envío: send(destino,mensaje).
– Recepción: receive(fuente,mensaje).
Otras primitivas:
– Conexión: connect(destino).
– Desconexión: close().
Cada una de las primitivas tiene las siguientes
características:
– Boqueantes vs No-bloqueantes.
– Síncronas vs Asíncronas.
– Fiables vs No-fiables.

05/12/2022
Bloqueantes vs. No-bloqueantes
Las características de bloqueo son:
– Primitivas bloqueantes: La operación bloquea al elemento
que la solicita hasta que ésta sea completada.
– Primitivas no-bloqueantes: La operación no detiene la
ejecución del elemento que la solicita.
Las llamadas no bloqueantes tienen distinto sentido
dependiendo de la primitiva que se trate:
– Envío no bloqueante: El emisor almacena el dato en un
buffer del núcleo (que se encarga de su transmisión) y
reanuda su ejecución.
– Recepción no bloqueante: Si hay un dato disponible el
receptor lo lee, en otro caso indica que no había mensaje.

05/12/2022
Sínconas vs. Asíncronas
Esta característica afecta no tanto a la primitiva
como a la transmisión en sí.
– Comunicación síncrona: Envío y recepción se
realizan de forma simultanea.
– Comunicación asíncrona: El envío no requiere
que el receptor este esperando.
La comunicación asíncrona usa un buffer de
almacenamiento.
Implica ciertas condiciones de bloque en envío
y recepción.

05/12/2022
Fiabilidad
El envío fiable de datos garantiza que un
mensaje enviado ha sido recibido por el
receptor.
Implica la retransmisión de mensajes de
validación (ACKs).
La fiabilidad la puede garantizar:
– El protocolo de comunicación (TCP si y UDP no).
– Los elementos emisor y receptor.

05/12/2022
Primitivas de Comunicación
EMISOR
Núcleo
Emisor
RED
RECEPTOR
Núcleo
Receptor
1
2
7
3
6
4
8 5
msg
ACK
• Envío no bloqueante: [1:8] El emisor continua al pasar el mensaje al núcleo.
• Envío bloqueante: [1:2:7:8] El emisor espera a que el núcleo transmita por red el
mensaje.
• Envío bloqueante fiable: [1:2:3:6:7:8]: El emisor espera a que el núcleo receptor
recoge el mensaje.
• Envío bloqueante explícito: [1:2:3:4:5:6:7:8]: Idem al anterior, pero es la aplicación
receptora la que confirma la recepción.
• Petición-Respuesta: [1:2:3:4:<servicio>:5:6:7:8]: El emisor espera a que el receptor
procese la operación para reanudar la ejecución.

05/12/2022
Direccionamiento
Información válida para la identificación de elementos
del sistema. Posibles receptores de un mensaje.
Mecanismos:
– Dirección dependiente de la localización:
• Por ejemplo: dirección máquina + dirección puerto local.
• No proporciona transparencia.
– Dirección independiente de la localización (dir. lógica):
• Facilita transparencia.
• Necesidad de proceso de localización:
– Mediante broadcast.
– Uso de un servidor de localización que mantiene relaciones entre
direcciones lógicas y físicas.
• Uso de cache en clientes para evitar localización.

05/12/2022
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.
El direccionamiento se realiza por medio de una
dirección de grupo (grupo al que pertenecen todos los
receptores).
Modelos de grupos:
– Grupo abierto.
– Grupo abierto controlado.
– Grupo cerrado.

05/12/2022
Comunicación en Grupo
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 (Internet con MBone).
– Gestión de grupos.
– Encaminamiento (Flooding, Spanning Tree, RPB, TRPB,
RPM).

05/12/2022
Ordenación en Comunicación en
Grupo
De acuerdo a las garantías de ofrecidas en la
recepción de mensajes de grupo se tienen:
– Ordenación FIFO: Los mensajes de una fuente
llegan a cada receptor en el orden que son enviados.
– Ordenación Causal: Los mensajes enviados por dos
emisores distintos so recibidos en el orden relativo en
el que se han enviado.
– Ordenación Total: Todos los mensajes (de varias
fuentes) enviados a un grupo son recibidos en el
mismo orden por todos los elementos.

05/12/2022
Distribuida

05/12/2022
Características de un Sistema
Distribuido
Definición: [Tan95]
Un sistema distribuido es una colección de
computadoras independientes que aparece ante los
usuarios del sistema como una única computadora.
• Recursos distribuidos para un trabajo común.
• N computadoras
• Un “servicio” único a los usuarios.
Tradicionalmente (1972):
– Clasificación de Flynn: SISD, SIMD, MISD, MIMD

05/12/2022
Características de un Sistema
Distribuido
Un sistema distribuido implica las
siguientes consecuencias:
• No existe un reloj común: Afecta a
cualquier aspecto de coordinación y
mensajes.
• Concurrencia global: Los elementos del
sistema se ejecutan realmente en paralelo.
• Fallos independientes: Los modos de fallo
del sistema pueden ser locales a un
subconjunto de sus componentes.

05/12/2022
Heterogeneidad de un Sistema
Distribuido
Un sistema distribuido puede estar formado por multitud de
elementos conectados por redes LAN o WAN:
– Terminales X y Estaciones Java (Network Computer).
– PCs y estaciones de trabajo.
– Sistemas portátiles (redes móviles: GSM, WAP y ...)
– Minicomputadores.
– Supercomputadores.
– Multiprocesadores con memoria compartida o no.
– Servidores especializados (de almacenamiento, de impresión,
...).
– Sistemas empotrados.
Fomentada por los siguientes factores:
– Extensibilidad de los sistemas distribuidos.
– Especialización de los servidores.

05/12/2022
Componentes de un Sistema
Distribuido
El desarrollo de un sistema distribuido complejo requiere
el uso de las siguientes funciones y servicios:
1. Servicios de comunicación.
2. Sistemas de ficheros y nombrado distribuido.
3. Servicios de sincronización y coordinación.
4. Memoria compartida distribuida.
5. Gestión de procesos.
6. Servicio de seguridad.
Estas funcionalidades se plasman en elementos
concretos del sistema: componentes, protocolos,
algoritmos, soporte hardware/software, ...

05/12/2022
Servicios de Comunicación
• Modelos de interacción:
– Cliente/servidor: (2-niveles, 3-niveles o n-niveles)
– Peer-to-peer: Equilibrio de roles.
– Intermediarios: Proxy, Dispacher, Caches, ...
– Unicast vs Multicast
– Fiabilidad.
– Síncronos vs Asíncronos
• Tecnologías de comunicación:
– Paso de mensajes: Berkeley sockets.
– Llamada a procedimientos remotos: RPC.
– Tecnologías de objetos distribuidos: CORBA, DCOM, EJB
– Código móvil: Entornos de agentes.
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05/12/2022
Sistemas de Ficheros Distribuidos
Identificación, localización y acceso a elementos del
entorno distribuido.
Comprende:
– Sistemas de ficheros distribuidos (SFD): NFS, AFS.
– Servicios de nombres: DNS, COS-Naming (CORBA).
– Servicios de directorio: X.500, LDAP, JNDI.
Cuestiones:
– Arquitectura de los servicios.
– Almacenamiento intermedio: caching.
– Replicación y coherencia.
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05/12/2022
Servicios de Sincronización y
Coordinación
• Comprende los conceptos de:
– Tiempo en entornos distribuidos: Sincronización de relojes
y relojes lógicos.
– Concurrencia y Paralelismo: Exclusión mutua e
interbloqueos.
– Algoritmos distribuidos: Elección de líder, coordinación, ...
– Transacciones: Propiedades ACID, modelos de
commit/rollback.
• Afecta a otros servicios:
– Nombrado e identificación.
– Seguridad y fiabilidad.
– Comunicaciones.
– ...
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05/12/2022
Memoria Compartida Distribuida
(DSM)
Hardware:
– Memoria físicamente compartida.
– Memoria distribuida (lógicamente compartida).
– Acceso uniforme vs acceso no uniforme.
Distributed Shared Memory:
– Basada en páginas.
– Basada en variables compartidas.
– Basada en objetos.
Modelos de consistencia
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05/12/2022
Gestión de Procesos
• Taxonomía de los procesos:
– Niveles de granularidad.
– Congelación de procesos (persistencia).
– Migración de procesos (estado/código).
• Planificación de procesos:
– Planificación interna: Procesos y threads.
– Planificación global.
– Migración y equilibrado de carga.
– Aprovechamiento de máquinas inactivas.
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Servicio de Seguridad
Tipología de los ataques:
– Privacidad y confidencialidad.
– Autenticación (spoofing).
– Denegación de servicio.
Modelos y herramientas de seguridad:
– Cifrado: clave pública (RSA) y privada (DES).
– Protocolos de seguridad: IPsec, SSL.
– Certificados y firmas digitales: X.509.
– Elementos de seguridad: Firewalls.
Entornos seguros: e.g. Kerberos.
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05/12/2022
Distribuida

05/12/2022
Message Exchange Patterns (MEPs)
• Los patrones de intercambio de mensajes
(MEP) describen cómo los sistemas
pueden intercomunicarse utilizando
mecanismos entendidos unánimemente.
• A menos que se especifique lo contrario,
los eurodiputados describen patrones
lógicos en lugar de físicos estrictos.

05/12/2022
• MEPs lógicos: establecen cómo se intercambian los datos a
nivel conceptual/de casos de uso.
– Por ejemplo, un MEP unidireccional establece que "no hay
respuesta" después de disparar una solicitud. Sin
embargo, si el mensaje se entrega usando, digamos,
HTTP, efectivamente hay alguna forma de respuesta a
nivel de HTTP. Simplemente resulta que no tiene
relevancia para el "caso de uso".
• MEPs físicos: establecen cómo se intercambian físicamente
los datos entre los sistemas informáticos. Dentro de la capa
física, la distinción también varía según la capa elegida.
– Por ejemplo, si consideramos la capa de transporte del
modelo OSI, UDP sería un MEP unidireccional, mientras
que TCP puede admitir el MEP de solicitud/respuesta,
pero en realidad es un flujo bidireccional.

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Vistazo general de
los patrones de
intercambio de
mensajes (MEP) más
comunes aplicables a
los dominios
Business Integration
y SOA.

05/12/2022
1. Request/Response
2. One-Way
3. Publish/Subscribe (MOM)
4. Request/Call-back

05/12/2022
Solicitud/Respuesta
Request/Response
• El patrón de intercambio de mensajes de
solicitud/respuesta (MEP) es aquel en el que el
consumidor envía una solicitud y espera una
respuesta. Este patrón también puede
denominarse Solicitud/Respuesta, Entrada-Salida
(SOAP) y RPC.
• Un MEP de solicitud/respuesta se puede
implementar de forma síncrona, asíncrona o de
sondeo:
– MEP de solicitud/respuesta síncrona: el consumidor
tiene que esperar hasta que el proveedor pueda
producir una respuesta o realizar un seguimiento de
un flujo de comunicación.
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05/12/2022
Solicitud/Respuesta
Request/Response
– MEP de solicitud/respuesta asíncrona: el flujo de
control del consumidor se libera justo después de
emitir la solicitud. El proveedor producirá la solicitud
en paralelo y se la entregará al consumidor una vez
que esté lista.
– MEP de solicitud/respuesta de sondeo(Polling): de
manera similar al MEP anterior, el flujo de control de
código del consumidor se libera justo después de
emitir la solicitud, ya que el proveedor producirá la
respuesta de forma asíncrona. Sin embargo, el
consumidor tiene que verificar repetidamente
(sondear) al proveedor hasta que la respuesta esté
disponible.