Unidade 01

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SISTEMAS DISTRIBUÍDOSSISTEMAS DISTRIBUÍDOS
CONCEITOS INICIAISCONCEITOS INICIAIS
Autor: Dr. S idartha Azevedo Lobo de Carvalho
Revisor : L izandro de Souza
I N I C I A R
1.00
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introdução
Introdução
Nesta unidade, você vai aprender sobre os principais conceitos que permeiam o
mundo dos sistemas distribuídos, as principais características que são usadas
para classi�car esses sistemas e como ocorre a comunicação entre os processos
que executam dentro dos programas do usuário e dos servidores.
Você vai entender como é feita a criação e identi�cação de processos e o
escalonamento destes dentro do sistema operacional. Além disso, vai aprender
sobre os principais modelos e padrões arquiteturais de comunicação para os
sistemas distribuídos. Por �m, vai entender o que é e como funciona o modelo
cliente-servidor, utilizado em todo o mundo.
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Nesta seção, você vai aprender o que é um sistema distribuído e quais as
principais características desse tipo de sistema. Primeiramente, você sabe onde
pode usar um sistema distribuído? Os sistemas distribuídos compõem grandes
redes de computadores, como a internet, redes de fábricas, redes de telefones
móveis, dentre outras.
Em outras palavras, um sistema distribuído pode ser de�nido como:
[...] aquele no qual os componentes de hardware ou software,
localizados em computadores interligados em rede, comunicam-se e
coordenam suas ações apenas enviando mensagens entre si. Essa
de�nição simples abrange toda a gama de sistemas nos quais
computadores interligados em rede podem ser distribuídos de maneira
útil. (COULOURIS, 2013, p. 2)
Uma das principais motivações para que os sistemas distribuídos existam é a
necessidade do compartilhamento de recursos entre os elementos de uma rede
de computadores. Você pode entender recursos como um termo abstrato que
permite caracterizar diversos itens, como arquivos de um computador, bancos de
Características de um SistemaCaracterísticas de um Sistema
DistribuídoDistribuído
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dados, serviços de software, impressoras, componentes de hardware, dentre
outros.
Se você analisar os componentes de hardware, é possível compartilhar
impressoras, discos e processadores para reduzir custos. Porém, se observar
pela visão do usuário �nal do sistema, perceberá que este deseja compartilhar
informações em mais alto nível, como aquelas necessárias para o seu trabalho e
suas atividades sociais. Veja o exemplo a seguir: os usuários do sistema possuem
a necessidade de compartilhar informações sobre suas viagens ou dados de uma
tabela do banco de dados, não estando preocupados em compartilhar discos ou
processadores. Ou seja, essa abstração mais baixo nível, como os processadores
ou os servidores dos dados, não é importante ao usuário �nal.
Os sistemas distribuídos estão presentes em diversos cenários. Então, imagine
dois cenários extremos: o compartilhamento de dados na internet entre duas
pessoas que não se conhecem, mas que compartilham do mesmo problema (e
um deles sabe como resolver esse problema); e, no outro extremo, pessoas que
trabalham lado a lado e utilizam os computadores para trocar informações que
estão nas máquinas locais. Ambos os cenários descritos anteriormente utilizam
sistemas distribuídos, mas com características distintas.
Percebe a diferença geográ�ca que há entre os cenários anteriores? Os sistemas
distribuídos devem oferecer mecanismos para tornar essa diferença geográ�ca
transparente, de forma que os usuários não saibam o caminho que a requisição
faz no navegador web até chegar à informação desejada, mesmo que seja do
outro lado do mundo.
Já o termo “serviço”, segundo Coulouris (2013, p. 15), é de�nido como:
[...] uma parte distinta de um sistema computacional que gerencia um
conjunto de recursos relacionados e apresenta sua funcionalidade para
usuários e aplicativos. Por exemplo, acessamos arquivos
compartilhados por intermédio de um serviço de sistema de arquivos;
enviamos documentos para impressoras por meio de um serviço de
impressão; adquirimos bens por meio de um serviço de pagamento
eletrônico. O único acesso que temos ao serviço é por intermédio do
conjunto de operações que ele exporta. Por exemplo, um serviço de
sistema de arquivos fornece operações de leitura, escrita e exclusão dos
arquivos.
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Perceba, na descrição de Coulouris (2013), que os serviços apresentam restrições
no acesso aos recursos, especi�cando um conjunto �nito de operações que
podem ser realizadas por outro sistema ou usuário �nal. Essa restrição re�ete a
organização dos sistemas distribuídos, destacando a importância da
comunicação entre os sistemas e permitindo que somente o que realmente deve
estar exposto seja acessado. Esse conjunto bem-de�nido também auxilia na
garantia da consistência e segurança dos dados dos servidores.
Em complemento, Tanenbaum (2007, p. 1) de�ne um sistema distribuído como
“um conjunto de computadores independente que se apresenta a seus usuários
como um sistema único e coerente”.
Atente-se para os termos destacados em negrito. O termo “único” re�ete que o
sistema distribuído deve ser transparente, ou seja, não deve ser visível ao
usuário. Se você usa 1 ou 100 computadores interligados para prover o serviço
ao usuário, ele somente deve ter acesso ao serviço, não como as coisas são feitas
nos bastidores.
O termo “coerente” se deve à necessidade de sincronização e consistência dos
dados, pois não deve haver inconsistências (como informações desatualizadas)
entre os elementos que compõem o sistema distribuído. Por exemplo, imagine
um servidor de �lmes que é composto por 2 computadores servidores, sendo
que em um computador há 100 �lmes e, no outro, há somente 80; quando o
usuário tentar acessar um �lme que não está presente no computador que tem
somente os 80 �lmes, vai haver inconsistência de informações e o usuário não irá
receber o serviço desejado.
Dado o exposto, os sistemas distribuídos geralmente são classi�cados de acordo
com as seguintes características:
compartilhamento de recursos;
abertura;
concorrência;
escalabilidade;
tolerância a falhas;
disponibilidade;
transparência.
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Cada uma dessas características será detalhada na seção a seguir.
Análise das Características
Dado o exposto, os sistemas distribuídos, geralmente, são classi�cados de acordo
com as seguintes características:
Compartilhamento de recursos: deve especi�car quais recursos estão
disponíveis para serem acessados, como eles devem ser acessados e
modi�cados, como o seu compartilhamento deve ser realizado dentro
da rede e a implementação da interface de interação com o recurso e/ou
servidor.
Abertura: um sistema distribuído aberto oferece serviços com base em
regras e padrões conhecidos pela comunidade, permitindo que outros
sistemas que também conheçam esses padrões possam se comunicar
com ele. Abertura é a capacidade de interagir com outros sistemas
abertos (conhecem/implementam os mesmos protocolos). Um sistema
aberto é independente de hardware, plataformas ou linguagens de
programação; ele consegue abstrair esses conceitos para oferecer um
serviço que pode ser acessado de forma facilitada por outro sistema na
rede.
Concorrência: o termo “concorrente” se dácomo uma característica dos
sistemas distribuídos que permitem que diversos
usuários/computadores possam acessar os recursos que estão sendo
compartilhados de forma simultânea, garantindo consistência na leitura
e modi�cação dos dados. Imagine um sistema distribuído de um banco
de dados que recebe pedidos de modi�cação dos dados de diversos
usuários diferentes e, enquanto isso, há diversos outros fazendo a
leitura desses mesmos dados. O sistema deve permitir que somente 1
usuário modi�que os dados por vez, enquanto diversos outros podem
ler (não haverá inconsistência). Ao ser feita uma modi�cação, essa
alteração deve ser transmitida a todos os computadores que
armazenam esse banco de dados compartilhado, para que os usuários
que estão acessando recebam os dados atualizados.
Escalabilidade: a escalabilidade re�ete o quão rápido um sistema
distribuído pode ser expandido. A escalabilidade pode ter diversos
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aspectos, podendo ser: de distribuição, de replicação e de caching. A
escalabilidade de distribuição é a habilidade do sistema distribuído em
dividir dados/recursos entre as diversas máquinas que compõem o
sistema distribuído; a escalabilidade de replicação é a habilidade do
sistema distribuído em manter diversas cópias dos seus dados em
diversas outras máquinas da rede, mantendo os dados consistentes e
íntegros; por último, a escalabilidade de caching é a habilidade do
sistema distribuído em gerenciar e permitir que os usuários acessem
dados de forma local ou em servidores mais próximos ao usuário,
reduzindo o tempo de acesso do usuário ao recursos e reduzindo o uso
de rede de dados.
Tolerância a falhas: o sistema distribuído deve apresentar a
característica de ser tolerante a falhas, ou seja, ao entrar em estado de
falha, deve se recuperar de forma transparente, não permitindo que o
usuário saiba que ela aconteceu. Para possibilitar a transparência a
falhas, o sistema deve implementar mecanismos de identi�cação e
recuperação de falhas automatizados. Por exemplo, imagine que em um
computador que faz parte de um sistema distribuído o disco rígido
apresente problema e não consiga mais consultar os dados desejados
pelo usuário, a partir disso, o mecanismo automático de gerência do
sistema distribuído deve identi�car essa falha e redirecionar as
requisições desse servidor para um outro servidor que possua os
mesmos dados. Tudo isso deve ser feito de forma transparente e
automática, sem a ciência do usuário sobre o problema.
Disponibilidade: a disponibilidade é outra importante característica dos
sistemas distribuídos. A disponibilidade é o tempo em que o sistema
está disponível, operando de forma correta. Um sistema tem alta
disponibilidade se possui pouco tempo em estado de falha ou se está
inoperante. Geralmente, os grandes sistemas, como Google e Amazon,
possuem disponibilidade de 99,99% do tempo, ou seja, passam poucos
segundos por ano inoperantes. Ter uma alta disponibilidade é custoso
para a organização, pois ela tem que investir no gerenciamento e reparo
automático de falhas, na replicação de máquinas de forma distribuída
geogra�camente, hardware de alto desempenho etc.
Transparência: a transparência é uma meta importante dos sistemas
distribuídos, visto que é a habilidade de esconder o fato de que os
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processos e recursos do sistema distribuído estão �sicamente
separados em vários computadores que integram o sistema distribuído.
Veja, a seguir, os principais tipos de transparências:
Acesso: o sistema distribuído não permite que o usuário saiba como os
dados são representados dentro do sistema distribuído, por exemplo, se
é usado um banco de dados relacional ou orientado a objetos, se é
usado tecnologia X ou Y, dentre outras informações.
Localização: o sistema distribuído não permite que o usuário do
sistema tenha conhecimento sobre a localização dos recursos, se ele é
fornecido por máquina X com IP 10.0.0.1, ou por máquina Y com IP
10.0.0.5, por exemplo. Como exemplo, lembre-se do sistema distribuído
para streaming de vídeos: quando o usuário acessa o sistema para
assistir a um �lme, ele não tem conhecimento de qual servidor vai
fornecer o vídeo a ele, podendo ser até mais de um servidor (cada
servidor pode fornecer metade do �lme).
Migração: a transparência de migração esconde do usuário �nal do
sistema que um recurso é movido de um servidor para outro; isso pode
acontecer em tempo de execução (nesse caso, se chama relocação). O
usuário não tem conhecimento da mudança de um recurso; por
exemplo, ao acessar um site a partir de um endereço URL, o usuário não
sabe a localização do servidor que armazena o site. Nesse cenário, os
administradores podem alterar o site de servidor e o usuário continuará
sendo redirecionado ao site (recurso), mesmo que fornecido por outro
servidor.
Relocação: a transparência de relocação é bem parecida com a de
migração, porém, diferencia-se pelo fato de o recurso usado ser movido
para outro local durante o uso pelo usuário �nal. Por exemplo, o usuário
está assistindo a um �lme que é fornecido em um servidor X e, por
motivos de força maior, o funcionamento desse servidor precisa ser
interrompido. O vídeo (recurso do servidor), juntamente com a conexão
do usuário, é movido para um novo servidor, de forma transparente,
sem a ciência do usuário. Assim, o usuário não consegue perceber que
foi redirecionado para outro servidor.
Replicação: a transparência de replicação esconde do usuário quais e
quantas vezes determinado recurso está copiado/replicado pela rede,
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em diversos computadores.
Concorrência: a transparência de concorrência de dados em sistemas
distribuídos é a habilidade do sistema em esconder do usuário que
diversos outros usuários estão usando o mesmo recurso de forma
simultânea. O sistema garante consistência no dado que está sendo
acessado e, com isso, provê a transparência.
Falha: a transparência de falha esconde do usuário �nal se o sistema
provedor do recurso está em estado de falha, permitindo a recuperação
da falha e manutenção do provimento do recurso para o usuário.
Persistência: a transparência de persistência esconde do usuário a
informação do armazenamento e, assim, o usuário não sabe se o
recurso que ele está acessando está armazenado em memória volátil ou
em um armazenamento não volátil. Por exemplo, ao acessar o streaming
de vídeo, os bytes são transmitidos pela rede para o usuário que o
requisitou; nesse cenário, o usuário não sabe se os bytes que ele está
recebendo estavam armazenados em um HD ou se estavam na memória
RAM do servidor de dados.
Acesso
O não permite que o usuário saiba como os dados são representados dentro do sistema. Por
exemplo, se é usado um banco de dados relacional ou orientado a objetos, se é usada
tecnologia X ou Y, dentre outras informações.
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Dito isso, você conseguiu identi�car diversas características que podem estar
presentes nos sistemas distribuídos? Percebeu como elas estão relacionadas? A
seguir, você vai aprender um pouco mais sobre a taxonomia de Flynn.
Taxonomia de Flynn
A taxonomia proposta por Flynn (1972), chamada de taxonomia de Flynn, é uma
classi�cação de arquiteturas para computadores. A taxonomia de Flynn é usada
na arquitetura e de�nição de funcionalidades de processadores modernos.
As quatro classi�cações propostas por Flynn são baseadas no número de
instruções concorrentes, diferenciando um �uxo de dados para instruções e
outro �uxo para dados. Veja as classi�cações a seguir:
1. Single Instruction SingleData (SISD): quando o sistema utiliza somente
um �uxo de instruções e um �uxo único para os dados. Exemplos dessa
categoria é o computador de Von Neumann e os computadores
sequências de forma geral.
2. Single Instruction Multiple Data (SIMD): quando o sistema possui um
�uxo único de instruções e diversos �uxos para transferência de dados.
Nessa categoria, temos os computadores vetoriais.
3. Multiple Instruction Single Data (MISD): nessa categoria, o sistema
possui diversos �uxos de instruções, mas somente um �uxo para
transferência de dados. Essa categoria é bastante abstrata e não se
conhecem exemplos práticos de aplicação.
4. Multiple Instruction Multiple Data (MIMD): nessa abordagem, o sistema
possui diversos �uxos para a transferência de instruções e diversos
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canais para a transferência de dados. Como exemplo dessa categoria
temos praticamente todos os computadores que possuem mais de um
processador, ou seja, os computadores multiprocessados.
Quadro 1.1 - Resumo da taxonomia de Flynn 
Fonte: Elaborado pelo autor.
A taxonomia de Flynn pode ser usada no projeto de sistemas distribuídos,
de�nindo os canais de comunicação e de instrução. Isso auxilia no
gerenciamento da complexidade dos elementos que compõem o sistema
distribuído. 
praticar
Vamos Praticar
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor
incididunt ut labore et dolore magna aliqua, assinale a alternativa correta:
a) Compartilhamento de recursos.
b) Abertura.
c) Concorrência.
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d) Escalabilidade.
e) Disponibilidade.
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Um processo é uma abstração de um programa em execução, englobando todos
os recursos necessários para que ele possa ser executado. As threads são �uxos
de execução dentro de um processo que utilizam o mesmo espaço de memória
do processo compartilhando variáveis e recursos do processo. As threads
permitem paralelismo (embora somente uma thread por vez seja executada na
CPU) dentro do processo com um pequeno overhead na troca de contexto da CPU
comparado à troca de contexto de um processo.
As threads podem existir tanto no lado do servidor como no lado do cliente. As
threads no lado do cliente auxiliam nas chamadas bloqueantes, evitando que o
�uxo de execução seja congelado enquanto aguarda pela resposta da requisição.
Veja o exemplo em um programa de edição de texto: 1 thread para correção
ortográ�ca (t1) e uma outra para salvar automaticamente (t2), ambas dentro do
processo Pi.
Já as threads no lado do servidor servem para auxiliar no paralelismo, permitindo
que mais requisições de clientes sejam respondidas com um atraso mínimo de
resposta. Uma thread é responsável por receber as requisições e criar uma nova
thread para tratar dessa nova requisição, voltando ao seu dever: receber e
encaminhar as requisições. 
Comunicação entre ProcessosComunicação entre Processos
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A seguir, vamos entender como acontece a criação e a identi�cação de processos.
Criação e Identi�icação de Processos
O gerenciamento dos processos é realizado pelo sistema operacional. Assim,
para ser possível organizar esses processos, o SO atribui a cada processo três
conjuntos de informações:
identi�cação do processo;
quotas de recursos;
privilégios.
Vamos analisar cada uma das informações a seguir:
Identi�cação do processo: os processos podem ser identi�cados por
dois campos especí�cos: o identi�cador único do processo (Process
Identi�cation - PID) e o criador do processo (Owner).
Quotas de recursos: esse campo de informações reúne os dados sobre
a quantidade de recursos que o processo poderá utilizar. Podem ser
informações sobre o tamanho máximo de memória, tamanho máximo
de arquivos abertos simultaneamente, ou outras informações que
possam limitar a execução do processo.
Privilégios: cada processo pode conter informações diferentes de
privilégios, que de�nem as permissões de acesso ao sistema. Esse
campo reúne as informações de�nidas pelo aplicativo. Por exemplo, um
processo pode ter permissão de acesso a arquivos de outros usuários,
enquanto outro processo pode estar restrito a um usuário apenas. 
Figura 1.1 - Exempli�cação de threads 
Fonte: Elaborada pelo autor.
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Sistemas operacionais baseados no Unix são os mais usados no mundo para
servidores de aplicações e dados. O sistema operacional Linux é um exemplo de
sistema Unix. No Linux, os processos são criados com o comando fork,  enquanto
as threads são criadas com o comando clone.
Porém, a nível de kernel, ambos utilizam a mesma função: o do_fork. A função
do_fork é capaz de criar um processo que compartilha os endereços com o
processo pai, ou novos endereços podem ser alocados exclusivamente para o
novo processo criado. Quando se usa o fork, garante-se que uma cópia
totalmente nova e desacoplada dos endereços de memória do processo pai será
criada.
Assim, a transição dos processos é organizada por meio de três estados
principais: Pronto, Execução ou Bloqueado. Quando um processo está no estado
Bloqueado, deve passar pelo estado de Pronto antes de retornar ao processador;
quando um processo deixa o processador por ter terminado o tempo alocado
(time slice), ele retorna ao estado de Pronto, aguardando na �la para entrar
novamente em Execução.
Vale ressaltar que a escolha dos processos concorrentes que irão ser executados
é realizada pelo escalonador. Esse é um componente integrante do sistema
operacional, que reúne uma série de critérios para o escalonamento e seleção
dos processos.
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Quando um processo adquire o estado de Pronto, ele é alocado em uma �la de
processos que aguardam liberação do processador para iniciar sua execução.
Para realizar a escolha dos processos concorrentes, o sistema operacional conta
com um componente de seleção, denominado escalonador.
O escalonamento dos processos em estado Pronto é realizado com o auxílio de
um algoritmo que de�ne os critérios de escolha do processo a ser executado.
Nessa tarefa de escolha, podemos nos deparar com dois tipos de escalonamento:
preemptivo ou não preemptivo.
Quando um sistema operacional utiliza o escalonamento preemptivo, é realizada
a interrupção de um processo em Execução para que outro seja alocado no
mesmo local. Essa interrupção para troca de processos é utilizada em sistemas
que trabalham com processos de alta prioridade e exigem respostas rápidas.
Já no caso do escalonamento não preemptivo, quando um processo é alocado
para execução, não há interrupção; assim, cada processo irá permanecer em
execução durante o período que for necessário para sua �nalização. É um tipo de
escalonamento que não utiliza prioridades entre os processos e pode ocasionar
dois problemas: monopolização do processador por um grande período de
tempo e a espera de processos importantes que aguardam outros menos
importantes.
A escolha do tipo de escalonamento deverá ser realizada conforme as
necessidades do sistema operacional, devendo considerar os tipos de prioridade:
estática ou dinâmica.
A prioridade do tipo estática é aquela associada ao processo, sendo permanente
e de�nida pelo usuário de acordo com suas necessidades. Já a prioridade do tipo
dinâmica varia de acordo com a necessidade e desempenho do sistema.
Modelos e Arquiteturade Comunicação
Para entender melhor os modelos e arquiteturas de comunicação usadas nos
sistemas distribuídos, vamos estudar alguns exemplos a seguir.
Dando continuidade, alguns exemplos de arquiteturas de comunicação são:
comunicação por troca de mensagens, peer-to-peer, cliente-servidor, orientada a
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serviços e orientada a dados (repositório e quadro negro). Veja as descrições a
seguir:
Arquitetura orientada por troca de mensagens: nesse tipo de
arquitetura, a comunicação é feita pelo envio e recebimento de
mensagens, geralmente usando as primitivas send() e receive(). Veja um
exemplo: há um processo A e um processo B; o processo A quer acessar
um dado que está disponível pelo processo B. Para conseguir se
comunicar, o processo A envia uma mensagem send(“Desejo acessar o
método X”), e o processo B está executando a primitiva receive(),
esperando uma nova requisição de chegada de mensagem. Ao receber a
mensagem, o processo B realiza o processamento devido (executa o
método desejado pelo processo A) e, então, retorna a mensagem para o
processo B. Após isso, o processo B volta a executar a primitiva receive(),
até receber uma nova mensagem.
Arquitetura peer-to-peer: também chamada de arquitetura ponto a
ponto, é um modelo de comunicação que não distingue os nós que
compõem a rede, ou seja, qualquer elemento da rede pode ser um
cliente ou um servidor de dados. Cada nó nesse tipo de rede mantém
seus próprios dados e endereços de outros nós da rede (endereços IP,
por exemplo). Nesse estilo de arquitetura, não há um ponto único de
falha, ou seja, se um nó apresentar problema, ele poderá ser excluído da
rede e, mesmo assim, a rede continuará a se comunicar com os nós que
estão funcionando corretamente. Porém, uma desvantagem desse tipo
de organização é o tempo de consulta por um dado; a mensagem tem
que ser transmitida em broadcast para os nós vizinhos e, então, para os
vizinhos dos vizinhos, até que se chegue ao nó desejado. Esse
procedimento de broadcast é muito custoso para a rede e consome
muitos recursos, podendo até inviabilizar o uso por consumir toda a
largura de comunicação da rede.
Arquitetura cliente-servidor: nessa arquitetura, há dois elementos
comunicantes principais: o cliente e o servidor. O cliente é a entidade
que requisita serviços ao servidor, e este último responde aos pedidos
de diversos clientes. Essa arquitetura apresenta um problema: possui
um ponto único de falha, ou seja, se o servidor não estiver disponível, a
rede para de funcionar. Os clientes não conseguem se comunicar entre
eles para trocar informações, como acontece no modelo peer-to-peer.
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Por outro lado, a arquitetura cliente-servidor é mais simples de ser
implementada e é a mais utilizada em todo o mundo, para os mais
diversos serviços.
Arquitetura orientada a serviços: nessa arquitetura, há um baixo
acoplamento entre as entidades que fornecem os serviços, permitindo
maior distribuição da carga de processamento em uma infraestrutura de
computadores. Por conta disso, a complexidade de implementação é
aumentada, principalmente o desenho arquitetural do sistema.
Arquitetura orientada a dados: o foco não é nos elementos que
compõem a rede nem nos serviços oferecidos, mas nos dados em si.
Veja, a seguir, dois exemplos deste tipo de arquitetura:
Repositório: na arquitetura repositório, temos um banco de dados
compartilhado, ou seja, que é acessado por diversos clientes. Esse banco
de dados pode estar distribuído em diversos computadores (sistema
distribuído). Esse modelo permite integridade nos dados, pois tem uma
base de dados única e também fornece maior escalabilidade tanto do
banco de dados como da quantidade de clientes.
Quadro negro: nessa arquitetura, temos um nó gerenciador e diversos
nós operários. O nó controlador é responsável por mapear todos os
demais nós da rede que fornecem serviços/funcionalidades e quebrar o
problema a ser resolvido em diversos problemas menores e que podem
ser realocados para os nós especí�cos. Ao �nal, o nó controlador é
responsável por integrar todos os microrresultados dos nós especí�cos
e retornar a resposta �nal ao usuário que requisitou. Veja a ilustração a
seguir: 
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Troca de Mensagens
Na comunicação entre os elementos dos sistemas distribuídos, podemos ter
chamadas síncronas ou assíncronas. Nas chamadas síncronas, o usuário faz uma
requisição a um servidor e �ca aguardando a resposta e, enquanto isso, não
pode fazer outro processamento, devendo �car em modo de espera até receber
a mensagem de retorno. Em outras palavras, há dependência de resposta do
recebedor da mensagem, o que pode implicar perda de desempenho por
ociosidade de processamento útil.
A comunicação assíncrona traz a ideia daquilo que não ocorre simultaneamente,
ou seja, algo que não é sincronizado. Mas como isso se relaciona com aplicações
ricas? As chamadas assíncronas correspondem a um comando que não precisa
ser processado pelo servidor para que o usuário possa continuar a navegação.
Isso ocorre por ser possível enviar uma solicitação ao servidor e fazer outras
atividades enquanto a requisição é executada.
Para exempli�car esse assincronismo, imagine o uso de um armazenamento nas
nuvens (como Google Drive, OneDrive ou DropBox) em um navegador. Nesse
contexto, você deseja fazer o upload (carregamento) de um conjunto de novos
arquivos. Ao selecioná-los e solicitar o envio, a aplicação não exige que você pare
o que está fazendo enquanto os arquivos estão sendo carregados; desse modo,
você pode realizar outras atividades sem que essa solicitação inter�ra na
transferência de dados, uma vez que ela está sendo feita em segundo plano. Essa
capacidade enriquece a experiência do usuário e permite que os sistemas
distribuídos operem de forma otimizada, uma vez que permite a realização de
diferentes atividades.
Na comunicação por troca de mensagens, temos dois comandos que geralmente
são utilizados: o send() e o receive(). Na comunicação síncrona, a primitiva send()
é bloqueante, ou seja, o processo cliente aguarda, enquanto o núcleo envia a
mensagem para o processo servidor. Da mesma forma, a primitiva receive()
também é bloqueante para a comunicação síncrona, ou seja, o processo servidor
aguarda até que o destinatário receba uma mensagem endereçada para aquele
processo.
Já na comunicação assíncrona, a primitiva send() não é bloqueante, ou seja, o
processo cliente aguarda somente enquanto a mensagem é copiada para o bu�er
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de saída. A primitiva receive() pode ser: bloqueante ou não bloqueante. Na
bloqueante, o processo servidor aguarda por uma mensagem, enquanto na não
bloqueante o processo servidor simplesmente comunica o destinatário que
espera receber uma mensagem. 
praticar
Vamos Praticar
A escolha da arquitetura que será utilizada para projetar um sistema distribuído é
essencial para o seu funcionamento e, dentre tantas opções, deve-se escolher a mais
adequada para cada tipo de problema a ser resolvido. Dito isso, assinale a alternativa
que apresenta qual estilo arquitetural possui uma arquitetura distribuída e não
apresenta ponto único de falha, além disso, permite que os nós da rede se comportem
como emissor e receptor de dados.
a) Peer-to-peer.
b) Cliente-servidor.
c) Quadro negro.
d) Repositório.
e) Orientada a serviços.
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O modelo cliente-servidor é um dos modelos mais utilizadospelos sistemas
baseados em rede do mundo. A seguir, você vai compreender alguns exemplos
que destacam a importância e utilidade do modelo cliente-servidor, bem como os
principais protocolos utilizados para manter a comunicação entre o cliente e o
servidor.
De�inição e Exemplos
A arquitetura cliente-servidor é, historicamente, a mais utilizada, e continua
sendo até os dias de hoje.
A Figura 1.3 ilustra uma estrutura simples de uso da arquitetura cliente-servidor.
Perceba que os clientes interagem (enviam e recebem mensagens) com o
servidor localizado em outro computador. Também é possível haver
comunicação de servidor para servidor.
Ademais, é possível perceber que o cliente requisita o servidor para acessar
algum recurso que deseja. Nessa comunicação, podem ser usados os protocolos:
TCP/IP para a camada de transporte; o Hypertext Transfer Protocol (HTTP) para
acessar páginas web, se esse servidor for um servidor web; o DNS para resgatar o
Modelo Cliente/ServidorModelo Cliente/Servidor
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endereço IP de algum site a partir de sua Uniform Resource Locator (URL) (caso
este seja um servidor Domain Name System (DNS)); dentre outros. 
Ainda de acordo com a ilustração, os servidores podem ser servidores ou clientes
(pois um servidor pode requisitar um recurso de outro servidor). Veja o exemplo
a seguir: um servidor web, geralmente, é um cliente de um outro servidor que
armazena os arquivos dos sites.
saiba mais
Saiba mais
Para saber mais sobre os protocolos TCP, IP, HTTP e DNS, consulte o livro de
Coulouris (2013), capítulo 3, Redes de computadores e interligação de rede, a partir da
página 81. Bons estudos!
ACESSAR
https://www.iana.org/
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Em complemento, a maioria dos servidores web também são clientes dos
servidores de DNS, estabelecendo novamente a relação Servidor(Cliente)-
Servidor. Veja mais um exemplo:
Outro exemplo relacionado à Web diz respeito aos mecanismos de
busca, os quais permitem aos usuários pesquisar resumos de
informações disponíveis em páginas Web em sites de toda a internet.
Esses resumos são feitos por programas chamados Web crawlers*, que
são executados em segundo plano (background) em um site de
mecanismo de busca, usando pedidos HTTP para acessar servidores
Web em toda a internet. Assim, um mecanismo de busca é tanto um
servidor como um cliente: ele responde às consultas de clientes
navegadores e executa Web crawlers que atuam como clientes de outros
servidores Web. Nesse exemplo, as tarefas do servidor (responder às
consultas dos usuários) e as tarefas do Web crawler (fazer pedidos para
outros servidores Web) são totalmente independentes; há pouca
necessidade de sincronizá-las e elas podem ser executadas
concomitantemente. Na verdade, um mecanismo de busca típico,
normalmente, é feito por muitas threads concorrentes, algumas
servindo seus clientes e outras executando Web crawlers. (COULOURIS,
2013, p. 46)
Dito isso, a seguir você vai aprender um pouco mais sobre os protocolos que
podem ser utilizados na comunicação entre os clientes e servidores.
Protocolos
Um dos principais protocolos usados no modelo cliente-servidor é o protocolo de
requisição-resposta, que auxilia na de�nição de como as mensagens devem ser
trocadas entre as entidades comunicantes, ou seja, o cliente e o servidor. Esse
protocolo suporta a troca de mensagens e via dupla, permitindo ao cliente tanto
enviar como receber mensagens, e o mesmo se aplica ao servidor.
É possível de�nir três estilos para o protocolo de troca de mensagens requisição-
resposta (COULOURIS, 2013):
protocolo request (requisição) (R);
protocolo request-reply (requisição-resposta) (RR);
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protocolo request-reply-acknowledge reply (requisição-resposta-
reconhecimento da resposta) (RRA).
No protocolo request, uma única mensagem de requisição é enviada do cliente
para o servidor. O protocolo request, geralmente, é utilizado quando não há
necessidade de o servidor retornar nenhum valor/dado/recurso para o cliente, ou
seja, pode ser usado para ativar algum mecanismo no servidor, como efetuar o
logout de uma conta em um site. Não há necessidade de con�rmar ao cliente que
a operação foi realmente realizada e, por isso, não precisa de uma resposta do
servidor.
É importante destacar que esse estilo do protocolo não é bloqueante, ou seja, o
cliente pode realizar outros processamentos e não necessita �car esperando por
um retorno do servidor. Geralmente, esse protocolo pode ser implementado
usando outros protocolos já conhecidos das redes de computadores, como o
UDP. Lembre-se de que o UDP não guarda estados como o TCP; é possível enviar
uma mensagem e não aguardar resposta, o que permite o envio de mais
mensagens por uma quantidade de tempo, mas pode sofrer por perdas de
mensagens durante a comunicação. Além disso, essas perdas não serão
detectadas, pois não há regras para garantia do recebimento.
O protocolo request-reply (requisição-resposta) é utilizado pela maioria dos
sistemas que são baseados no estilo arquitetural cliente-servidor. Geralmente, a
maioria das mensagens trafegadas no cliente-servidor é de requisição e resposta,
ou seja, o cliente envia uma requisição ao servidor e espera uma resposta para
completar o processamento. Além disso, embora se espere uma resposta, não é
necessária a con�rmação do recebimento por parte do cliente. Pode haver
inconsistência na comunicação se a mensagem de resposta do servidor por
perdida na rede durante o transporte, e isso pode levar o cliente a esperar sem
receber a resposta. Há regras de segurança que previnem que o cliente espere
por tempo indeterminado, ou seja, após algum tempo, o cliente pode assumir
que a mensagem foi perdida e enviar uma nova requisição ao servidor. As falhas
de comunicação ocasionadas pela perda de datagramas UDP podem ser
mascaradas pela retransmissão das requisições pelo cliente e de acordo com o
registro das respostas recebidas.
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O protocolo request-reply-acknowledge reply (requisição-resposta-reconhecimento
da resposta) é estruturado na troca de três mensagens: uma mensagem de
requisição, uma de resposta e, a última, de con�rmação da resposta. A última
mensagem, a de reconhecimento da resposta, possui um campo que identi�ca
unicamente a mensagem que ela deseja con�rmar, geralmente um IdResposta.
Para otimizar esse protocolo, assume-se que a chegada de uma IdResposta
representa a con�rmação do recebimento de todas as mensagens passadas a
esse IdResposta, logo, a perda de uma mensagem de con�rmação não é tão
prejudicial ao protocolo. Além disso, embora o protocolo requisição-resposta-
reconhecimento utilize uma mensagem a mais, o cliente não precisa �car
bloqueado; ele primeiro recebe a mensagem e, só então, envia a mensagem de
con�rmação.
A �gura a seguir resume os conceitos apresentados sobre o protocolo de
requisição-resposta.
Para �nalizar, lembre-se de que os sistemas distribuídos podem usar a
arquitetura cliente-servidor, peer-to-peer, ambas, ou outros estilos arquiteturais.
praticar
Vamos Praticar
Figura 1.4 - Protocolos de requisição-resposta 
Fonte: Adaptada de Coulouris (2013, p. 191).
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Os protocolos de comunicação guiam como deve acontecer a comunicação entre as
entidades comunicantes. Além disso, os protocolos são essenciais para permitir que
entidades que não se conhecem possam se comunicar, dado que usam o mesmo
protocolo.Dito isso, o que caracteriza o protocolo requisição-resposta-reconhecimento
(request-reply-acknowledge)?
a) É enviada somente uma mensagem de requisição, geralmente para ativar algum método no
servidor, e se usa o UDP.
b) Há somente duas mensagens: uma que é requisição do cliente e outra que é a resposta do
servidor.
c) Há uma mensagem que é enviada pelo cliente para afirmar que recebeu a resposta do servidor.
d) Há uma única mensagem que é enviada pelo cliente usando o protocolo TCP/IP.
e) Falta de mensagem de reconhecimento da resposta do servidor.
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indicações
Material Complementar
LIVRO
Sistemas operacionais modernos
Andrew S. Tanenbaum
Editora: Pearson Universidades
ISBN: 8543005671
Comentário: Este livro vai lhe ajudar a entender melhor
os conceitos básicos dos sistemas operacionais. Esses
conceitos servirão para auxiliar seu entendimento sobre
os sistemas distribuídos, principalmente os sistemas
operacionais distribuídos.
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FILME
Star Trek Discovery
Ano: 2017-2019
 Comentário: Este �lme vai lhe ajudar a entender a
complexidade que existe em manter a comunicação entre
diversos sistemas em tempo real, uma di�culdade comum
aos sistemas distribuídos.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse o trailer
disponível em:
T R A I L E R
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conclusão
Conclusão
Nesta unidade, você aprendeu um pouco mais sobre os sistemas distribuídos.
Você conheceu as características que de�nem um sistema distribuído e como
analisá-las, bem como as características de escalabilidade, abertura, tolerância a
falhas, concorrência, transparência, dentre outras. Além disso, você entendeu
como se estrutura um sistema distribuído a partir de protocolos de comunicação,
o que são e como funcionam os processos dentro do sistema operacional que
gerencia os recursos da máquina (hardware) de um servidor ou cliente e como
identi�car os processos. Por �m, você conheceu o modelo cliente-servidor e suas
principais características, como os elementos que o compõem e os protocolos
que são utilizados para comunicação.
referências
Referências Bibliográ�cas
COULOURIS, G. Sistemas distribuídos: conceitos e projeto. São Paulo: Bookman,
2013.
FLYNN, M. J. Some Computer Organizations and Their E�ectiveness. IEEE
Transactions on Computers. C-21 (9). Sept/1972, p. 948-960. Disponível em:
https://pdfs.semanticscholar.org/4ed0/5370f6d622ee57bc79037e8fe940b73bec33.pdf.
Acesso em: 14 jan. 2020.
https://pdfs.semanticscholar.org/4ed0/5370f6d622ee57bc79037e8fe940b73bec33.pdf
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TANENBAUM, A. S. Sistemas distribuídos princípios e práticas. São Paulo:
Pearson Prentice Hall, 2007.
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