Modelos y arquitecturas

Dr. David R. Sol Mart ínez, UDLAP, Méxicodavid.sol@udlap.mxDra. Genoveva Vargas Solar, CNRS-LSR, Franciagenoveva@mail.udlap.mx

ht tps:/ / www.udlap.mx/ ~genoveva/ is417

Gracias al Prof. L. García BañuelosUniversidad Autónoma de Tlaxcala

2

Arquitectura de sistemas� Define la est ructura y la organización del

sistema� Componentes del sistema� Funciones de cada componente� Interrelaciones e interacciones ent re los

componentes

3

Agenda� Modelo cliente –servidor

� Principio general� Consideraciones de diseño� Opciones de implementación� Variantes

� Modelo n-t ier� Modelo peer to peer� Modelo basado en intercambio de mensaj es

4

Modelo Cliente/ Servidor� Dos ent idades de ej ecución

� 6HUYLGRU� ofrece un servicio� &OLHQWH� ut iliza tal servicio

� Ambas ent idades son en general, pero no necesariamente, en dos sit ios dist intos

� La def inición de la interfaz de servicio ofrecido por el servidor, da independencia en la implementación

5

Modelo Cliente/ Servidor� Abst rae la relación ent re un cliente (consumidor) y un

proveedor de servicios� Las interacciones se dan baj o la forma de intercambio

de dos t ipos de mensaj es� Pet ición (UHTXHVW): especif icación del servicio requerido,

nombre de un procedimiento y sus parámet ros, código a ej ecutar, etc.

� Respuesta (UHSO\): resultado o indicador de algún eventual error

Modelo de ej ecución síncrona

6

Ej ecución (una vista abst racta)

Cliente Servidor

pet ición

respuesta (MHFXFLyQ

7

Puntos de interés� Est ructuración

� Funciones bien definidas� Separación de la interfaz de servicio/ realización� Cliente y servidor puede ser modif icados (reemplazados)

independientemente

� Protección� Cliente y servidor se ej ecutan dent ro de dominios de protección

diferentes

� Administ ración de recursos� El servidor puede estar compart ido por varios clientes

8

Consideraciones de diseño� Administ ración del estado

� del servidor (persistente o no)

� del cliente (memorizado por el servidor o no)

� Modelo del servicio de comunicaciones� Modo conectado

� Modo desconectado (GDWDJUDPV)� Modelos de ej ecución del servidor

� Uno o mas procesos

� 3RRO de procesos o creación a la demanda

9

Servidor sin datos persistentes� La ej ecución del servicio no ut iliza más que los parámetros de

ent rada� Situación ideal

� No hay una modif icación del estado del servidor

� Solución muy favorable� Para la tolerancia a fallas

� Para el cont rol de concurrencia

� Ej emplo� Servicio del cálculo de una función matemát ica

10

Servidor con datos persistentes� Las ej ecuciones sucesivas manipulan datos persistentes

� Modif icación del contexto de ej ecución sobre el sit io

� Problemas de cont rol de concurrencia

� Problemas para garant izar la tolerancia a fallas

� Ej emplos� Servidor de archivos dist ribuidos

� Servidor de bases de datos

11

Servicios sin estados memorizados (VWDWHOHVV VHUYLFH)� El servidor no memoriza las informaciones relat ivas al estado de

las pet iciones en curso

� Las pet iciones sucesivas son independientes� Aún si datos globales sean modif icados, la pet ición en curso no

mant iene relación con las precedentes

� No es necesario respetar el orden de las pet iciones

� Ej emplo� El servicio de reloj en una red (servicio NTP –1HWZRUN 7LPH�

3URWRFRO)

12

Servicio con estados memorizados (VWDWHIXO VHUYLFH)� Las pet iciones sucesivas se ej ecutan en función del estado dej ado

por pet iciones anteriores� La preservación del orden de las pet iciones es indispensable

� Ej emplos� Lectura de un regist ro de un archivo en acceso secuencial (que

depende de un apuntador a la posición actual)

� El llamado a un método en un obj eto (el resultado depende del estado del obj eto)

13

Modelos de comunicación� La principal diferencia es la f iabilidad en la ent rega

� Orientado a conexión� La ent rega es garant izada, respetando el orden del envío y libre de

error (con reenvío en caso necesario)

� Sin conexión (GDWDJUDPV)� La ent rega sigue una polít ica de ent rega “ mej or esfuerzo” : no hay

garant ía en la ent rega, los mensaj es pueden llegar duplicados y en desorden

14

Modelos de ej ecución� El servidor puede organizarse de la manera siguiente:

� Un solo proceso servidor (ej ecución iterat iva)

� Varios procesos o WKUHDGV por servidor (ej ecución concurrente)� Creación de procesos o WKUHDGV a la demanda

� 3RRO de procesos o WKUHDGV

15

¿Procesos o WKUHDGV?� Un programa puede ej ecutarse con varios procesos, que implican

YDULRV�HVSDFLRV�GH�HMHFXFLyQ�con sus respect ivos cont roles (hilos de ej ecución o WKUHDGV)

� Un WKUHDG es un proceso ligero, de manera que un proceso normal puede albergar varios WKUHDGV que comparte XQ�PLVPR�HVSDFLR�GH�HMHFXFLyQ cada uno con su respect ivo cont rol

16

Ej ecución con un solo procesowhile (t rue) {

receive(client_id, message);ext ract (message, service_id, params);result = do_service[service_id](params);send(client_id, result );

}

Cliente

Servidor

17

Creación de procesos a la demanda

� Vigilante

while (t rue) {receive(client_id, message);ext ract (message, service_id,

params);create_process(client_id, service_id,

params);}

� Servicio

/ / código a ej ecutarresult = do_service[service_id](params);send(client_id, result );exit ;

Servidor

Servidor’

Cliente

petición

respuestaejecución

creación

18

3RRO de procesos

� Vigilante

while (t rue) {receive(client_id, message);ext ract (message, service_id,

params);dispatch(client_id, service_id,

params);}

� Servicio

/ / código a ej ecutarresult = do_service[service_id](params);send(client_id, result );exit ;

Servidor

Servidor’

Cliente

petición

respuestaejecución

Servidor’

despacho

Servidor’Servidor’

19

Opciones de implementación� Opción de baj o nivel

� Ut ilización de primit ivas del sistema de comunicación� Programación por Sockets

� Abst racciones de alto nivel� Ut ilización de un PLGGOHZDUH de comunicaciones

� Llamado a procedimientos remotos (RPC)� Llamado a métodos distantes (obj etos comunicantes)

20

C/ S: primit ivas de baj o nivel

Cliente Servidor

pet ición

respuesta

-Protocolo de interacción-Empacado del mensaj e (PDUVKDOOLQJ)

-Protocolo de interacción-Desempacado del mensaj e (XQPDUVKDOOLQJ)

21

Stub Skeleton

¡Código generado automát icamente!

C/ S: Middleware RPC

Cliente Servidor

22

Variantes de arquitectura� Múlt iples clientes y un solo servidor� Múlt iples clientes con múlt iples servidores

23

Problemas con múlt iplesclientes/ un solo servidor� El servidor puede formar un “ cuello de

botella”� El servidor int roduce un punto de

vulnerabilidad en caso de fallas� El sistema puede estar limitado en

escalabilidad

24

Arquitectura múlt iples clientes y múlt iples servidores

Cliente

Cliente

Servidor

Servidor

Servidor

Proxy“ Balance de carga”

25

Agenda3 Modelo cliente –servidor� Modelo n-t ier

� Principio general� Patrones de arquitectura

� Modelo peer to peer� Principio general� Funcionamiento

� Modelo basado en intercambio de mensaj es� Topologías� Patrones de comunicación� Est rategias de ent rega

26

Arquitecturas Mult i-Tier� La arquitectura mult i-t ier es una generalización del

modelo cliente-servidor� Una aplicación cliente-servidor usa una arquitectura 2-t iers� La arquitectura promueve una j erarquía donde los

componentes en las capas superiores son clientes de los de la capa inmediatamente inferior

� Las aplicaciones en la WEB son un ej emplo del uso de esta arquitectura

27

$FFHVR�D�GDWRVSHUVLVWHQWHV

Sistemas mult i-t ier, un ej emplo

NavegadorWEB

ServidorWEB

Servlets

ServidorEJB

ServidorSABD

,QWHUID]�GH�XVXDULR /yJLFDDSOLFDWLYD

28

Pat rones de arquitectura� Tipos de código

� Presentación (P)� Lógica aplicat iva (A)� Acceso a datos persistentes (D)

� Variantes� Código monolít ico [PAD]� A dos niveles

� [P] + [AD]� [PA] + [D]

� A t res niveles� [P] + [A] + [D]

29

Código monolít ico

3UHVHQWDFLyQ/yJLFD

DSOLFDWLYD

&RQWHQHGRU�:(%

6HUYOHW

-'%&$FFHVR�DGDWRV

30

A t res niveles

&yGLJR�GHSUHVHQWDFLyQ

/yJLFDDSOLFDWLYD

&RQWHQHGRU�:(%

6HUYOHW

-'%&

&RQWHQHGRU�(-%

%HDQ GH�VHVLyQ

%HDQ GHHQWLGDG

$FFHVR�DGDWRV

31

Agenda3 Modelo cliente –servidor3 Modelo n-t ier� Modelo peer to peer

� Principio general� Funcionamiento

� Modelo basado en intercambio de mensaj es� Topologías� Pat rones de comunicación� Est rategias de ent rega

32

Modelo 3HHU�WR�3HHU� 3HHU�WR�3HHU es un nombre nuevo para un viej o

paradigma de computación� P.e. la Internet surgió como un sistema 3HHU�WR�3HHU, pero

ot ros modelos de computación resultaron mas at ract ivos

� Este modelo promueve un sistema global que permite la colaboración directa ent re nodos, con énfasis en la capitalización de recursos

33

3HHU�WR�3HHU (cont inuación)� Todo nodo en este modelo puede ser a la vez cliente y

servidor de servicios� La conf iguración es generalmente dinámica e incluso

espontánea� El modelo reposa en la técnica de duplicación parcial

(o total) de servicios, lo cual conlleva los problemas de� Coherencia� Descubrimiento de servicios� Encaminado de pet iciones� Control

34

Sistemas Peer to Peer: Descripción

� Promueve un sistema global que permite:� la colaboración directa ent re nodos

� énfasis en la capitalización de recursos

� Permiten el acceso a grandes cant idades de datos y de recursos

� Todo nodo puede ser a la vez cliente y servidor de servicios

� Ut ilizan técnicas de duplicación parcial (o total) de servicios

35

Sistemas Peer to Peer: Clasif icación� Sistemas para Compart ir Archivos

� Asumen que hay suficientes peers en el sistema que ofrecen el recurso requerido

� Napster� Gnutella� Freenet

� Sistemas de mensaj ería instantánea� Cada peer guarda información única� Consultas son especif icas a un peer� MSN Messenger� AOL Instant Messenger� ICQ

36

|Capas básicas de un sistema peer to peer

Distributed Storage ServiceDistributed Storage Service(DSS)(DSS)

Distributed Lookup ServiceDistributed Lookup Service(DLS)(DLS)

put()put() get()get()

lookup() leave()join() neighbors()

Past

CFSDHash

CanChordPastry

Viceroy

Almacenamiento

ReplicaciónCaching

Búsqueda

Ruteo

AplicaciAplicacióón del Usuarion del Usuario

Ejemplos de sistemas con diferentes tipos de geometría de ruteo.

Actividades de la capa DLS

Actividades de la capa DSS

Ejemplos de sistemas de almacenaje basados en

DHT

Funciones principales de la capa DLS

Funciones principales de la capa DSS

Sistemas Peer to Peer: descripción

37

AA

BB

CCDD

EE

P1P1

P2P2

P3P3P4P4

P5P5

Sistemas Peer to Peer: mecanismos de consulta

38

AA

BB

CCDD

EE

P1P1

P2P2

P3P3P4P4

P5P5 p1 Ap2 Bp3 Cp4 Dp5 Ep6 FA?A?

P1P1

A?A?AA

Sistemas Peer to Peer: mecanismos de consulta

39

Agenda3 Modelo cliente –servidor3 Modelo n-t ier3 Modelo peer to peer� Modelo basado en intercambio de mensaj es

� Topologías� Pat rones de comunicación� Est rategias de ent rega

40

Modelo basado en intercambio de mensaj es� En este modelo, los componentes del sistema

interactúan por intercambio explícito de mensaj es� La naturaleza y el contenido de los mensaj es es

conocido por ambos el “ remitente” (VHQGHU) y el “ dest inatario” (UHFLSLHQW)

Ambos deben implementar la parte protocolaria y el embalaj e y debalaj e de los mensaj es

41

Dimensiones del modelo� Las conf iguraciones del modelo varían en las

siguientes dimensiones:� Número de part icipantes y su organización

(topología)� Pat rones de interacción� Est rategia de ent rega: directa YV� colas de

mensaj es� Sincronía en el intercambio de mensaj es� Calidad de servicio

42

Topologías

Remitente Dest inatario Comunicación 1 a 1

Remitente

Dest inatario

Dest inatario

���Comunicación 1-a-varios• en grupo• SXEOLVK�VXEVFULEH

Nodo Nodo

NodoNodo

Comunicación varios-a-varios• difusión (EURDGFDVW)

43

Pat rones de not if icación

Cliente Servidor

Cliente Servidor

Cliente Servidor

Cliente Servidor

De una vía• ILUH�DQG�IRUJHW

Pet ición-respuesta• cliente-servidor

Not if icación (SXVK)

Not if icación-respuesta• FDOOEDFN

44

Est rategias de ent rega

Remitente Dest inatario

Remitente Dest inatario

Remitente Dest inatario

Remitente Dest inatario

cola

cola

cola cola

45

Calidad de servicio (4R6)� En ent rega directa

� Fiabilidad, orden de ent rega, seguridad, t ransacciones� En ent rega a t ravés de colas (además de lo anterior:

� Persistencia: Colas en memoria volát il o en un soporte persistente (p.e. SABD)

� Garant ías de ent rega: Una y solo una vez, not if icación de fallas

� Prioridades en las ent regas

46

Práct ica RMI

47