SYSTÈMES RÉPARTIS.

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1 SYSTÈMES RÉPARTIS

2 WEBLIOGRAPHIE 2 J ai souvent eu recours aux supports disponibles sur le WEB et notamment au cours des personnes suivantes: Claude Duvallet : maître de conférences en Informatique à l université de Havres. Gérard Florin: professeur en informatique au CNAM de Paris. Michel RIVEILL : professeur d'informatique à l'ecole Polytechnique de l'université de Nice Yahya Slimani : professeur en informatique à la Faculté des Sciences de Tunis Sacha Krakowiak: professeur émérite en informatique à l université Joseph Fourier, Grenoble

3 Introduction au systèmes répartis

4 Système centralisé 4 Tout est localisé sur la même machine 1 processeur : une horloge commune 1 mémoire centrale : un espace d adressage commun 1 système d exploitation Gestion centralisée des ressources Etat global du système facilement reconstiuable Accès local aux ressources

5 Emergence du réparti 5 Evolution technologique machines de plus en plus performantes avec une baisse des prix Équipement réseau de plus en plus rapides Regroupement des machines Puissance de calcul et de stockage Moins de centralisation : accès multiples + partage de ressources Flexibilité, facilité d extension du système (matériels, logiciels)

6 Systèmes répartis (1/3) 6 "Un ensemble de machines connectées par un réseau, et équipées d un logiciel dédié à la coordination des activités du système ainsi qu au partage de ses ressources." «Coulouris et al.» "Un système réparti est un système qui s exécute sur un ensemble de machines sans mémoire partagée, mais que pourtant l utilisateur voit comme une seule et unique machine." «Tanenbaum»

7 Systèmes répartis (2/3) 7 Types de ressources Calcul Stockage Electronique capteur, satellites, scanneurs, Architecture Plusieurs processeurs plusieurs horloges Plusieurs mémoires pas de mémoire partagée Réseau d interconnexion et de communication

8 Systèmes répartis (3/3) 8 Fonctionnement collaboratif: des traitements coopérants sur des données réparties pour réaliser une tâche commune La coopération entre les processus correspond à la communication entre eux et la synchronisation de leurs évolutions. La répartition peut concerner les données comme les traitements (tâches).

9 Caractéristiques (1/2) 9 Absence d état global pas de référence spatiale commune à cause de l absence (dans la majorité des cas) d une mémoire partagée Pas de référence temporelle commune à cause de l existence de plusieurs processeurs ayant chacun sa propre horloge Existence d un réseau non géré par le système d exploitation le comportement du système réparti dépend de l état du réseau

10 Caractéristiques (2/2) 10 Architecture matérielle Multi-processeurs à mémoire partagée Clusters (grappes) d ordinateurs Ordinateurs puissants (serveurs dédiés) et indépendants Ordinateurs PC en réseau Architecture logicielle (système) Entités logicielles séparées s exécutant en parallèle

11 Exemples 11 Commerce électronique l'échange de biens et de services entre deux entités sur les réseaux informatiques. Grilles informatiques des ressources hétérogènes (ordinateurs, téléphones mobiles ) et distribuées (différents lieux) pour différents usages (calcul, espace de stockage ) Partage de fichiers Fichiers stockés sur un serveur Accessible de n importe quelle machine Réseaux sociaux

12 Propriétés 12 Tolérance aux pannes Un système réparti doit pouvoir tolérer la panne des machines : Une machine tombe en panne. Une machine envoie des informations erronées. Une machine n est plus atteignable (problème réseau)

13 Propriétés 13 Hétérogénéité Comment s affranchir des différences matérielles et logicielles des ressources du système? Sources d hétérogénéité machines (architecture matérielle) systèmes d'exploitation langages de programmation protocoles de communications

14 Propriétés 14 Sécurité Confidentialité Intégrité : Droits d accès, Pare-Feu Authentification Identification des applications partenaires Non-répudiation (s'assurer qu un contrat signé via internet, ne peut être remis en cause par l une des parties) Messages authentifiés. Combien de personnes utilisent l application, qui sont-ils? Nécessité de se protéger contre les intrusions Nécessité de stocker les accès des clients dans des fichiers journaux

15 Propriétés 15 Disponibilité Prêt à l utilisation et toujours disponible Abstraction (séparation interface/réalisation) : accès à un service via une interface d accès en faisant abstraction à son implémentation.

16 Propriétés 16 Transparence Propriété fondamentale : Tout cacher à l utilisateur La répartition doit être non perceptible : une ressource distante est accédée comme une ressource locale Cacher l'architecture et le fonctionnement du système réparti L'ISO définit plusieurs transparences accès, localisation, concurrence, réplication, mobilité, panne, performance, échelle

17 Propriétés 17 Transparence d'accès Accès à des ressources distantes aussi facilement que localement Accès aux données indépendamment de leur format de représentation Transparence de localisation Accès aux éléments/ressources indépendamment de leur localisation Transparence de concurrence Exécution possible de plusieurs processus en parallèle avec utilisation de ressources partagées Transparence de réplication Possibilité de dupliquer certains éléments/ressources pour augmenter la fiabilité

18 Propriétés 18 Transparence de mobilité Possibilité de déplacer des éléments/ressources Transparence de panne Doit supporter qu'un ou plusieurs éléments tombe en panne Transparence de performance Possibilité de reconfigurer le système pour en augmenter les performances Transparence d'échelle Doit supporter l'augmentation de la taille du système (nombre d'éléments, de ressources...)

19 Problèmes 19 Le passage à l échelle (scalability) : un paramètre primordial pour la longévité (continuité ou durée) pour tout système est sa capacité d évolution en fonction des besoins émergents. un système réparti doit montrer une capacité acceptable de passer à l échelle: Ce qui marche pour un utilisateur, marchera-t-il pour des milliers (voir des millions)? Ce qui marche pour un site, marchera-t-il pour des milliers?

20 Problèmes 20 Le nommage et l accès Comment identifier les ressources distantes et les retrouver? Système centralisé: nommage géré par le système d exploitation (adressage). Système réparti: utilisation d annuaires et de services de nommage

21 Problèmes 21 Intégration de l existant Connexion sur toutes les ressources d une entreprise. Interopérabilité des applications. Déploiement des applications Comment installer tous les composants logiciels de l application sur les différentes machines? La modification d un service ou l ajout d un autre, nécessite la recompilation, et/ou redéploiement de l application? Est il possible de reconfigurer automatiquement le redéploiement?

22 22 Applications répartis

23 Système et application répartis 23 Système : gestion des ressources communes et de l infrastructure, lié de manière étroite au matériel sous-jacent Système d exploitation : gestion de chaque élément Système de communication : échange d information entre les éléments Caractéristiques communes : cachent la complexité du matériel et des communications, fournissent des services communs de plus haut niveau d abstraction Application : réponse à un problème spécifique, fourniture de services à ses utilisateurs (qui peuvent être d autres applications). Utilise les services généraux fournis par le système La distinction n est pas toujours évidente, car certaines applications peuvent directement travailler à bas niveau (au contact du matériel). Exemple : systèmes embarqués

24 Schémas de répartition (modèles d exécution) 24 Modèle Client-Serveur Modèle de communication par messages Modèle de communication par événements Modèle à base de composants Modèle à base d agents mobiles Modèles à mémoires partagées Modèle orienté service

25 Modèle Client-Serveur 25 Client : processus demandant l exécution d une opération à un autre processus Serveur : processus accomplissant une opération sur demande d un client, et lui transmettant le résultat Modèle Requête/Réponse : Requête : message transmis par un client à un serveur décrivant l opération à exécuter Réponse : message transmis par un serveur à un client suite à l exécution d une opération, contenant le résultat de l opération Mode de communication synchrone le client envoie la requête et attend la réponse. Emission bloquante

26 Modèle de communication par messages (1/2) 26 Une application produit des messages (producteur) et une application les consomme (consommateur) Le producteur (l émetteur) et le consommateur (récepteur) ne communiquent pas directement entre eux mais utilisent un objet de communication intermédiaire (boîte aux lettres ou file d attente) Communication asynchrone : Les deux composants n'ont pas besoin d'être connectés en même temps grâce au système de file d'attente Emission non bloquante: l entité émettrice émet son message, et continue son traitement sans attendre que le récepteur confirme l'arrivée du message. Le récepteur récupère les messages quand il le souhaite.

27 Modèle de communication par messages (2/2) 27 Adapté à un système réparti dont les éléments en interaction sont faiblement couplés : éloignement géographique des entités communicantes possibilité de déconnexion temporaire d un élément Deux modèles de communication : Point à point: Les messages ne sont lus que par un seul consommateur. Une fois qu'un message est lu, il est retiré de la file d'attente. Multi-points ou Publish/Subscribe (par abonnement) : les applications consommatrices des messages s'abonnent à un topic (sujet) Les messages envoyés à ce topic restent dans la file d'attente jusqu'à ce que toutes les applications abonnées aient lu le message Exemples: la messagerie électronique, surveillance des systèmes (changement d états de configuration, alertes, statistiques)

28 Modèle de communication par événements 28 Concepts de base Evénement = changement d'état survenant de manière asynchrone (par rapport à ses clients ) Réaction = exécution d une opération prédéfinie liée à l événement Mode de communication asynchrone et anonyme indépendance entre l émetteur (producteur) et les destinataires (consommateurs) d un événement Deux modes de consommation des messages: «Mode Pull» - réception explicite : les clients viennent prendre régulièrement leurs messages «Mode Push» - délivrance implicite : une méthode prédéfinie est attachée à chaque type de message et elle est appelée automatiquement à chaque occurrence de l évènement. la réception d'un événement entraîne l'exécution de la réaction associée

29 Modèle à base de composants 29 Composant : module logiciel autonome et réutilisable. Caractéristiques d un composant : des entrées/sorties déclarées pour permettre les connexions entre plusieurs composants des propriétés déclarées permettant de configurer le composant Simplifier la conception et le développement des applications avec les composants: Réutilisabilité Indépendance autonomie

30 Modèle à base d agents mobiles (1/2) 30 Code mobile : programme se déplaçant d un site à un autre sur le réseau Exemple : les applets = programme exécutable inclut dans une page HTML et qui s exécute sur le site (machine) qui télécharge la page. Avantage de la mobilité : efficacité, privilégie les interactions locales moins de communications distantes effectuées pour les échanges de messages amener le code aux données plutôt que le contraire

31 Modèle à base d agents mobiles (2/2) 31 Les agents mobiles : entités logicielles permettant de construire des applications distribuées Un agent mobile peut se déplacer d'une machine à une autre sur réseau. Un agent qui s'exécute sur une machine peut, à tout moment, arrêter son exécution, se déplacer sur une autre machine et reprendre son exécution (à partir de son dernier état)

32 Modèles à mémoire partagée 32 Objectif: Replacer le programmeur dans les conditions d un système centralisé : utiliser un espace mémoire commun pour les communications Avantages: transparence de la distribution pour le développeur, efficacité de développement (utilisation des paradigmes usuels de la programmation concurrente). Inconvénient: Complexité de mise en œuvre efficace d une mémoire partagée distribuée

33 Modèle orienté service 33 Un modèle d'interaction basé sur la notion de service Un service est un composant logiciel exécuté par un producteur à l'attention d'un consommateur Une nouvelle vision dans la conception des applications réparties

34 34 Middleware

35 Motivations 35 Dans un système réparti, l interface fournie par les systèmes d exploitation et de communication est encore trop complexe pour être utilisée directement par les applications: Hétérogénéité (matérielle et logicielle) Complexité des mécanismes (bas niveau) Nécessité de gérer la répartition Solution Introduire une couche logicielle intermédiaire (répartie) entre les niveaux bas (systèmes et communication) et le niveau haut (applications) : c est l intergiciel (Middleware en anglais) L intergiciel joue un rôle analogue à celui d un super-système d exploitation pour un système réparti

36 Middleware 36 Un middleware ou «intergiciel» ou «élément du milieu» est l'ensemble des couches réseau et services logiciel qui permettent le dialogue entre les différents composants d'une application répartie. Gartner Group définit le middleware comme une interface de communication universelle entre processus. Représente l élément le plus important de tout système réparti.

37 Middleware 37 Positionnement du middleware (couche du milieu) Site 1 Site 2

38 Middleware 38 Fonctions Masquer l hétérogénéité (des machines, systèmes, protocoles de communication) Fournir une API (Application Programming Interface) de haut niveau Permet de masquer la complexité des échanges Facilite le développement d'une application répartie Rendre la répartition aussi invisible (transparente) que possible Fournir des services répartis d usage courant

39 Middleware 39 Services du middleware Conversion permet la communication entre machines mettant en œuvre des formats différents de données prise en charge par la FAP (Format And Protocol) Nommage permet d'identifier la machine serveur sur laquelle est localisé le service demandé afin d'en déduire le chemin d'accès. fait, souvent, appel aux services d'un annuaire.

40 Middleware 40 Sécurité permet de garantir la confidentialité et la sécurité des données à l'aide de mécanismes d'authentification et de cryptage des informations Communication permet la transmission des données entre les deux systèmes

41 Types de middleware 41 Middleware RPC (Remote Proceedure Call) RPC de SUN Middlewares orientés objets distribués Java RMI, Corba Middlewares orientés composants distribués EJB, Corba, DCOM Middlewares orientés messages JMS de Sun, MSMQ de Microsoft, MQSeries de IBM Middlewares orientés sevices Web Services (XML-RPC, SOAP) Middlewares orientés SGBD ODBC (Open DataBase Connectivity), JDBC de Sun Middlewares transactionnels JTS de Sun, MTS de Microsoft

42 42 Communications

43 Présentation 43 Elément fondamental d un système réparti Plusieurs systèmes séparés physiquement Reliés par un réseau Définit leur interconnexion Leur permet de communiquer entre eux

44 Outils de communication 44 Problématique Réaliser un service réparti en utilisant l interface de transport (TCP, UDP) Mise en œuvre Bas niveau Utilisation directe de la couche transport Sockets : mécanisme universel de bas niveau, utilisable depuis tout langage (exemple : C, Java) Haut niveau Utiliser les services offerts par les middlewares (Services plus complexes Appel de procédure à distance (RPC), dans un langage particulier ; exemple : C Appel de méthode à distance, dans les langages à objets ; exemple : Java RMI

45 le réseau vu de l utilisateur 45 Schéma Client/Serveur Même machine : client et serveur sur la même machine Machines différentes : client demande un service fournit par un serveur sur une autre machine Un service est souvent désigné par un nom symbolique ( , telnet, etc.). Ce nom doit être converti en une adresse interprétable par les protocoles du réseau. La conversion d un nom symbolique ( en une adresse IP ( ) est à la charge du service DNS

46 le réseau vu de l utilisateur 46 Le serveur (machine physique) peut comporter différents services: L adresse IP du serveur ne suffit pas, il faut préciser le service demandé au moyen d un numéro de port, qui permet d atteindre un processus particulier sur la machine serveur. Un numéro de port comprend 16 bits (0 à ). Les numéros de 0 à 1023 sont réservés, par convention, à des services spécifiques. Exemples : 22 : ssh, 23 :telnet (connexion à distance) 80 : serveur web, 25 : mail, 21: FTP