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Iolanda Paulo Xavier
Tipos de sistemas distribuídos
Licenciatura em Engenharia Electrónica (5 ano)
	
Universidade Pedagógica de Maputo
Maputo
 2020
	
Iolanda Paulo Xavier
Tipos de sistemas distribuídos
Licenciatura em Engenharia Electrónica (5 ano)
Trabalho de pesquisa, para efeitos de avaliação na cadeira de Arquitectura de Sistemas Computacionais a ser apresentado ao docente Eugénio Macumbe.
 Muebe.
	
Universidade Pedagógica de Maputo
Maputo
2020
Índice
1. Introdução	4
2. Objectivos	5
2.1 Objectivo Geral	5
2.2 Objectivos Específicos	5
3. Sistemas distibuídos	6
3.1. Características de sistemas distribuídos	6
3.1.1. Compartilhamento de Recursos	6
3.1.2. Confiabilidade	7
3.1.3. Desempenho	7
3.2 Tipos de sistemas distribuídos	8
3.2.1 Sistema de computação distribuída	8
3.2.2 Sistemas distribuídos pervasivos	12
4. Conclusão	15
5. Referências bibliográficas	16
1. Introdução
O desenvolvimento tecnológico dos microprocessadores na década de 80, em conjunto com o alto grau de sofisticação que os protocolos e as redes de comunicação em geral atingiram, foram os dois adventos principais que culminaram no surgimento de uma nova tecnologia, a dos Sistemas Distribuídos. Um sistema que coniste em dividir os processos que serão executados em máquinas diferentes. Existem algumas alternativas de dividir estes processos podem ser divididos tanto em redes locais como em redes que tenham um distancia maior utilizando a internet. Existem vários tipos de computação distribuída, entretanto podem-se destacar os que são para o alto desempenho, alta disponibilidade e o de balanceamento de carga. O principal diferencial da computação distribuída é que as interconexões sejam compatíveis e possuem o mesmo protocolo de comunicação e sistemas operacionais.
Para suportar diferentes sistemas computacionais bem como diferentes redes enquanto oferece uma imagem única do sistema, sistemas distribuídos são geralmente organizados como uma camada de software disposta entre as aplicações distribuídas e o sistema operacional de rede.
É nesta perspectiva que o presente trabalho visa fazer um estudo acerca dos sitemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos.
2. Objectivos
 2.1 Objectivo Geral
· Estudar sistemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos.
 2.2 Objectivos Específicos
· Definir os sistemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos;
· Identificar as categorias que fazem parte dos sistemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos;
· Explicar o funcionamento dos sistemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos; e
· Identificar algumas vantagens e desvantagens de sistemas de computação distribuída e os sistemas distribuídos pervasivos.
3. Sistemas distibuídos
Sistemas distribuídos são softwares que garante aos seus usuários enxergarem um conjunto de computadores com um sistema único e consistente.
Um sistema distribuído pode também ser definido como sendo aquele no qual os componentes de hardware ou software, localizados em computadores interligados em uma rede, se comunicam e coordenam suas ações apenas enviando mensagens entre si. [1]
Os sistemas distribuídos precisam que seus componentes possuam a mesma tecnologia para obter a ilusão de um sistema único. Esta tecnologia única pode ser obtida através de hardware ou de software que implemente a portabilidade dos sistemas.
3.1. Características de sistemas distribuídos
Ter um sistema sistribuído não significa que ele é seja a melhor solução. É preciso observar as características desejadas, como ter um fácil acesso aos seus recursos, ocultar o fato dos recursos estarem distribuídos em uma rede, ser flexível e poder ser expandido. Os principais objetivos de um sistema distribuído são:
· Compartilhamento de Recursos;
· Confiabilidade; e
· Desempenho.
3.1.1. Compartilhamento de Recursos
A principal meta dos Sistemas Distribuídos é facilitar o acesso a recursos remotos (hardware, dados e páginas Web) e seu compartilhamento. A razão óbvia para o compartilhamento dos recursos é a economia. O compartilhamento também facilita a colaboração e a troca de informações entre usuários separados geograficamente, permitindo que trabalhem em conjunto em organizações virtuais.
É mais económico compartilhar uma impressora (ou outro componente) por diversos usuários do que ter uma impressora para cada usuário. Também é economicamente justificável compartilhar equipamentos de mais alto custo como supercomputadores ou mesmo estações de tratamento de imagens e unidades de armazenamento de alto desempenho e capacidade.
3.1.2. Confiabilidade
É esperado que os sistemas distribuídos sejam mais confiáveis do que sistemas centralizados, uma vez que existe redundância de recursos. Para ser confiável, um sistema deve possuir alta disponibilidade e segurança.
É comum utilizar mecanismos de redundância (de hardware ou software) para melhorar essa confiabilidade do sistema, isto orque algumas tarefas devem ser executadas de maneira contínua não podendo sofrer interrupções como aquelas associadas ao sistema financeiro, telemedicina e sistemas críticos (tempo real).
Um sistema para ser confiável não significa que ele é seguro. A segurança do sistema está ligada a integridade dos dados e a confiabilidade está associada à operação correta.
Sendo um defeito mecânico ou algorítmico, uma falha ocorre quando o comportamento do processador não é consistente com sua definição semântica o que gera um erro que pode causar a paralisação do sistema.
Há dois tipos de falhas dependendo de seu comportamento:
a) Fail-stop: É uma falha de parada, o sistema para de funcionar após mudar para o estado no qual a falha pode ser detectada. É um modo de falha muito simples cujos danos visíveis são o sistema parar de funcionar na qual o estado interno e os dados contidos neste estado são perdidos. Como estes problemas são visíveis e facilmente detectados, a sua prevenção é facilitada.
b) Falha Bizantina: No caso das falhas bizantinas o sistema continua trabalhando, mas não produz os resultados corretos. Esta falha é tipicamente associada à comunicação entre os componentes do sistema e normalmente são causadas por erros não detectados em algum software do sistema e seus danos nem sempre são facilmente visíveis. Conseqüentemente são muito mais difíceis de serem detectadas, dificultando sua prevenção e correção.
Outro aspecto da confiabilidade é a disponibilidade, que pode ser vista como a probabilidade do sistema estar operando em um determinado instante do tempo e é essencial para que um sistema seja confiável. Tanto a confiabilidade quanto a disponibilidade para sistemas críticos são representadas na forma 99,9999% do tempo. [2]
3.1.3. Desempenho
Espera-se que uma aplicação distribuída apresente um desempenho melhor que aquele atribuído a um sistema centralizado. O desempenho é uma grandeza que pode ser avaliada de diferentes formas dependendo do tipo de aplicação, uma vez que este fator desempenho pode estar associado a diferentes conceitos ou aspectos. Possíveis variáveis para medidas de desempenho são:
· Tempo de resposta do servidor;
· Throughput (número de Jobs por unidade de tempo);
· Quantidade de recursos consumidos pela rede; 
· Resultados de benchmarks; e
· Tempo de transmissão de dados.
Um sistema com múltiplos processadores fracamente acoplados pode obter um desempenho que seria impossível em um sistema com um processador, uma vez que podem reunir uma quantidade muito superior de processadores do que um sistema fortemente acoplado, mas raramente N processadores tem um desempenho N vezes maior que um processador (escalabilidade), uma vez que depende de troca de mensagens.
Por outro lado, um sistema com N processadores custa menos do que um processador com N vezes mais velocidade, especialmente quando é possível aproveitar máquinas potencialmente ociosas e realizar tarefas em paralelo, aumentandoo throughput do sistema. Deste ponto de vista, os sistemas distribuídos apresentam uma melhor relação de preço/desempenho. [1]
3.2 Tipos de sistemas distribuídos
Os tipos de sistemas distribuídos são:
· Sistemas de Computação Distribuída: Sistemas distribuídos configurados para Computação e Alta Performance/Alto Desempenho;
· Sistemas de Informação Distribuída: A grande quantidade de sistemas distribuídos em uso hoje são formas de sistemas de informação tradicionais, que agora integram sistemas legados; e
· Sistemas Distribuídos Pervarsivos (Embutidos): Emergentes da próxima geração de sistemas distribuídos nos quais nós são pequenos, móvel, e muitas vezes incorporados em um sistema maior.
Sistemas de Com put açã o Dist ri buí dos: Utiliz ados para tarefas de 
Para os nós de computação basta um SO padrão. 
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3.2.1 Sistema de computação distribuída
Utilizado para tarefas de computação de alto desempenho.
a) Sistemas de computação distribuídos de alto desempenho
Tornaram-se populares quando a razão preço/desempenho de computadores pessoais e estações de trabalho melhorou. Consiste na construção de supercomputadores que usam soluções de prateleira, conectando vários computadores em uma rede de alta velocidade.
 É usado para programação paralela no qual um único programa, intensivo em computação, pode ser executado em paralelo em várias máquinas.
· Cluster
Conjunto de nós controlados e acessados por um único nó mestre. Tarefas típicas do mestre são manipular a alocação de nós a determinado programa paralelo, manter fila de trabalhos, e fornecer uma interface para o usuário.
O mestre pode ser responsável por executar um middleware para a execução de programas e o gerenciamento do Cluster. Para os nós de computação, basta um SO padrão.
Figura 1- exemplo de um sistema de computação de cluster. [2]
b) Grades Computacionais
Compostas por recursos heterogêneos conectados por redes de diferentes capacidades. As grades tambem podem ser compartilhadas, executando tanto aplicações locais quanto remotas e Dinâmicas, pois recursos podem se juntar ou deixar a grade sem aviso prévio, estes recursos podem estar geograficamente distantes.
hAplicação
Colectiva
Conectividade
Recursos
Infraestrutura
Figura 2- camadas de uma estrutura em Grid. [4]
· Infraestrutura: provê interfaces para os recursos locais
· Conectividade protocolos de comunicação/transação e autenticação
· Recurso gerencia um único recurso, por exemplo, criando processos ou lendo dados
· Coletiva realiza acesso à múltiplos;
· Recursos: descoberta, escalonamento, replicação;
· Aplicação contém a aplicação real da grade em uma única organização
c) Cloud computing (computação em nuvens)
É um modelo de utilização e entrega de recursos através da rede. A rede de fornecimento de recursos é chamada de 'nuvem'. O recurso na 'nuvem' parece infinitamente escalável e pode ser utilizado sempre.
O conceito de computação em nuvem refere-se à utilização da memória das capacidades de armazenamento e cálculo de computadores e servidores compartilhados e interligados por meio da internet, seguindo o princípio da computação em rede.
O armazenamento de dados é feito em serviços que podem ser acessados de qualquer lugar do mundo, a qualquer hora, não havendo necessidade de instalação de programas ou de armazenagem de dados. Como por exemplo, a Amazon e Google Apps.
Figura 3- exemplo de um sistema de computação em núvem. [1]
· Hardware: Processadores, roteadores, sistemas de energia e resfriamento. Usuários normalmente não vêem estes recursos diretamente. 
· Infraestrutura: Utilizam técnicas de virtualização. Envolve a alocação e o gerenciamento de dispositivos de armazenamento e servidores virtuais. 
· Plataforma: Fornece abstrações de nível superior para armazenamento e outros recursos computacionais como um sistema operacional. E fornece APIs que incluem chamadas para fazer upload e execução dos programas na nuvem.
· Aplicação: aplicativos reais, como suítes de escritório (processadores de texto, aplicativos de planilhas, aplicativos de apresentação). Comparável ao pacote de aplicativos enviados com sistemas operacionais
Como resultado, a computação em nuvem tem o potencial para modificar a indústria de software inteiramentepois, as aplicações passam a rodar na rede ao invés de estarem no desktop de um usuário isto, afeta a arquitetura de como desenvolver, implementar, executar e entregar os pedidos.
d) Algumas diferenças entre Grid e Cloud computing 
A computação em grades tem foco no compartilhamento de recursos. Todo nó do grade pode requisitar recursos de outros nós enquaato que a computação nas nuvens possui ênfase na propriedade.
 Em uma nuvem cada usuário pode requerer seu próprio recurso privado a um serviço de provedor específico. Não é necessário que o usuário contribua com recursos. No modelo de negócios de uma nuvem, o usuário paga pelo uso dos recursos/serviços.
e) Algumas aplicações dos Sistemas de computação distribuída
· Computação em clusters, grades e nuvens: Já caminharam no sentido de estabelecer a visão de computação como utilidade;
· Com o grande avanço na área de comunicação e tecnologia da informação: Existe uma idéia de que a computação seja no futuro um serviço básico essencial como Água, Gás, Eletricidade, Telefonia e Computação.
3.2.2 Sistemas distribuídos pervasivos
Sistemas distribuídos em que nós são pequenos, mantidos por bateria, móveis, passíveis de conexão através de rede sem fio e geralmente embutidos em um sistema maior.
Estes sistemas são caracterizados por:
· Comportamento instável;
· Pequeno tamanho; 
· Alimentados por bateria;
· Comunicação sem fio;
· Tem como objetivo a mobilidade; 
· Não possui controle administrativo humano, os dispositivos são configurados por seus proprietários; 
· Um dispositivo deve adotar mudanças contextuais.
Redes Sensores: tipicamente consiste de 10s a 1000s de pequenos nós frequentemente mantidos por bateria e com suporte a comunicação via rede sem fio. [2]
Figura 4- Exemplo de uma rede sensores. [2]
a) Redes Sensores sem fio (RSSF): As redes de nós sensores ou simplesmente redes de sensores sem fio (RSSF) tornaram-se uma interface capaz de conectar o mundo físico ao mundo digital através da captura e conversão de fenômenos num tipo de informação capaz de ser processada e armazenada para que então ações relacionadas possam ser executadas, decisões sejam tomadas ou simplesmente para gerar uma base histórica e estatística que poderá servir a diversos propósitos.
Figura 5- Exemplo de redes Sensores sem fio. [2]
Componentes de uma RSSF:
· Sensor: é o dispositivo que implementa a monitoração física de um fenômeno; 
· Observador: é o usuário final interessado em obter as informações disseminadas pela RSSF em relação a um fenômeno; 
· Fenômeno: é a entidade de interesse do observador, que está sendo monitorada e cuja informação será analisada/filtrada pela RSSF.
Figura 6- Componentes de uma RSSF. [2]
b) Algumas aplicações dos Sistemas distribuídos pervasivos
· As redes sensores sem fio Podem ser usadas para os mais diversos fins como: 
· Monitorar sistemas críticos de infraestrutura tais como fornecimento de água ou energia elétrica, meio ambiente;
· Tráfego; 
· Localização em ambientes indoor (fechados), localização de material num estoque, de equipamentos num hospital, de um bombeiro em um incêndio; 
· Segurança patrimonial e pessoal; 
· Aumentar a produtividade, economizar recursos e viabilizar novas aplicações e tecnologias contextaware (cientes do contexto); 
· Estas aplicações podem utilizar sensores aplicados a ambientes outdoors (abertos) ou indoors.
4. Conclusão 
Terminado o trabalho foi possível concluir que o sistema distribuído consiste em um Conjunto de computadores ligados em rede, com software que permita a partilha de recursos e a coordenação de actividades, oferecendo idealmente um sistema integrado. Mas esses sistemas enfrentam alguns desafios que são: escalabilidade, abertura, tolerância a falhas, segurança e transparência. 
O sistemadistribuído em cluster é essencialmente um grupo de computadores de boa qualidade conectados via LAN. Para permitir colaborações, grades normalmente usam organizações virtuais. Essencialmente, isso significa que os usuários (ou melhor, seus IDs) são organizados em grupos que possuem autorização para usar alguns recursos.
Uma razão importante para o sucesso de computação em nuvem é que ela permite que organizações terceirizem sua infraestrutura de TI: hardware e software. Os sistemas pervasivos são uma tendência em sistemas distribuídos; nós são pequenos, móveis e normalmente embutidos em um sistema muito maior.
5. Referências bibliográficas
[1]- SILVA, Mauro Lopes. Tipos de Sistemas Distribuídos. 2 ed. 2008.
[2]- https://pt.slideshare.net/eduardofalcao/aula-2-introduo-a-sistemas-distribudos (Acedido aos 12 de maio de 2020 as 13H27)
[3]- http://www.ic.uff.br/~simone/sd/contaulas/aula2.pdf (Acedido aos 13 de maio de 2020 as 15H40)
[4]-Elaboraçã própria.