Systèmes distribués Introduction

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1 Systèmes distribués Introduction Nabil Abdennadher /2016 Semestre d Automne 1 Aujourd hui les réseaux et les SDI sont partout! Réseaux ad hoc, contrôle de processus industriels : voitures, avions, etc.! Réseaux d objets : Internet des objets (IoT) GPS Embedded PC Camera Rear acceler. sensor accelerometer sensor Front acceler sensor Citaro CAN interface Camera Wi-Fi Tablet PC 2

2 Aujourd hui les réseaux et les SDI sont partout!! Télécommunications (mobile networks) Transmissions de données multimédia 3 Aujourd hui les réseaux et les SDI sont partout! Clusters, machines parallèles (High Performance Computing) 4

3 Smart-hepia " Source : lsds-rg.org/smarthepia 5 Smart-hepia Capteurs Z-Wave Contrôleur Z-Wave Serveur Rest du réseau Z-Wave 6

4 Un système distribué ne signifie pas réseau,... Un système distribué = réseau + d autres ingrédients Réseaux vs. Systèmes distribués " Le réseau est un media pour : " interconnecter des ordinateurs locaux et distants " s échanger des messages en respectant des protocoles. " Les composantes d un réseau ont des adresses IP. " Les réseaux s intéressent aux packets, routage, etc. " Un système distribué: un réseau + une couche logicielle " Les systèmes distribués s intéressent aux applications. " Ils reposent sur les services du réseau

5 Définition (1) " A system in which hardware or software components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by message passing. [Coulouris] # On peut étendre cette définition pour les sensors (même s ils ne peuvent pas être considérés comme des ordinateurs ) Définition (2) " A distributed system is a collection of independent computers that appear to the users of the system as a single computer. [Tanenbaum]

6 Définition (3) " "A distributed system is one on which I cannot get any work done because some machine I have never heard of, has crashed. [Lamport] Pourquoi distribuer? (1) " Séparation fonctionnelle: # Les ordinateurs ont des configurations et des capacités différentes: " Clients et serveurs " Data collection et data processing " Distribution inhérente au «système»: # Information créée et mise à jour par des personnes différentes (Web pages, etc.) # Ressources humaines: plusieurs personnes travaillent sur la même tâche (virtual organisations)

7 Pourquoi distribuer? (2) " Equilibrage de charge (load balancing) pour garantir la qualité de service (QoS) " Reliability: Data backup (réplication). " Economie: # Partage de ressources : imprimante partagée # Construire à partir de l existant. " Activités parallèles Caractéristiques des systèmes distribués (1) # Composants autonomes exécutant des tâches concurrentes " Communication par transmission de messages ou appels de procédures distantes # Mémoire distribuée et non partagée " Pas d état global # Les processus n ont pas de vision globale du système " Pas d horloge globale # Pas possible de synchroniser les horloges de manière précise

8 Caractéristiques des systèmes distribués (2) " Autonomie # Chaque composant a sa propre «unité de contrôle» et sa propre mémoire " Hétérogénéité # OS, CPU, architecture, couche de communication " Asynchronisme # Résultat de l absence d une seule horloge, de l hétérogénéité et de l autonomie " Volatilité # Résultat de l autonomie 15 Processeurs autonomes/non autonomes P : Processeur UC : Unité de Contrôle Unité de contrôle UC1 UC2 UC3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 Réseau de Communication Processeurs non autonomes Réseau de Communication Processeurs autonomes 16

9 Exemple de machine avec des processeurs non autonomes Machines SIMD (GPU par exemple) " Une seule unité de contrôle, plusieurs Unités de calcul " A un instant donné : La même instruction est exécutée sur plusieurs données différentes. U1 C U2 U3 C : Unité de Contrôle U : Unité de Calcul Réseau de Communication Mémoire 17 Mémoire Partagée/Mémoire Distribuée P : Processeur M : Mémoire P1 P2 P3 P1 P2 P3 Réseau de Communication M1 M2 M3 Mémoire Partagée Mémoire Partagée Réseau de Communication Mémoire Distribuée 18

10 " Hétérogénéité Les challenges (1) # Les composants hétérogènes doivent être capables de «travailler» ensemble " Transparence de la distribution # Cacher la distribution des données et des traitements " Tolérance aux fautes # Une panne d un composant ne doit pas entraîner une panne générale. Le système doit fonctionner en mode dégradé " Scalability # Le système doit pouvoir se redimensionner en fonction : " des besoins " des nouvelles ressources intégrées au système Les challenges (2) " Openness (ouverture) # Des interfaces doivent être disponibles pour inclure de nouveaux composants " Sécurité # Le système doit être utilisé seulement pour ses fonctions prévues

11 Hétérogénéité " Les composants hétérogènes doivent être capables d interagir # OS, # Architecture matérielles # Architecture réseau # Langage de programmation # Software interfaces # Politiques de sécurité # Présentation de l information Transparence de la distribution (1) " Transparence vis à vis de l accès et de l emplacement # Accès identique en local ou à distance # Ex. séparation entre les noms de domaine et les adresses des machines " Transparence vis à vis des pannes # Le travail est fait malgré les erreurs et les pannes # Ex: retransmission des messages. " Transparence vis à vis de la réplication " Transparence vis à vis de la migration

12 Transparence de la distribution (2) " Transparence vis à vis de la concurrence " Transparence vis à vis de la performance " Transparence vis à vis du dimensionnement (scalability) " Transparence au niveau applicatif Fault Tolerance (Tolérance aux pannes) " Panne (failure): service non compatible avec sa spécification " Erreur (fault): cause de la panne " Tolérance aux pannes (fault tolerance): pas de panne malgré les erreurs.

13 Mécanismes de tolérance aux pannes " Détection d erreurs # Checksums, heartbeat, " Masquage des erreurs # Retransmission des messages corrompus, redondance, " Fault recovery # Rollback mechanisms, Scalability (dimensionnement) " Le système doit fonctionner efficacement lors du passage à l échelle " Le système doit rester performant lorsque le nombre d utilisateurs ou de ressources augmente " Challenges : # Performance " La complexité de l algorithme ne doit pas dépasser un certain seuil lorsque la taille des données augmente. # Eviter les goulots d étranglement " Utiliser des algorithmes décentralisés

14 Concurrence " Offrir et gérer les accès concurrent aux ressources partagées: # Garantir un ordonnancement «juste» et performant # Eviter les inter blocages Ouverture et interopérabilité (Openness and Interoperability) " Open system: "... a system that implements sufficient open specifications for interfaces, services, and supporting formats to enable properly engineered applications software to be ported across a wide range of systems with minimal changes, to interoperate with other applications on local and remote systems, and to interact with users in a style which facilitates user portability" (Guide to the POSIX Open Systems Environment, IEEE POSIX ) " Open spec/standard developers - communities: # ANSI, IETF, W3C, ISO, IEEE, OMG, Trade associations,...

15 Sécurité (1) " Les ressources sont accessibles aux utilisateurs autorisés, elles sont utilisées selon ce qui est convenu " Confidentialité # Protection contre la divulgation non autorisée de l information " Intégrité # S assurer que les données transmises n ont pas été modifiées Sécurité (2) " Disponibilité # Protéger contre les attaques # Ex. denial of service (DoS, DDoS) attacks " Non-repudiation # Preuves d envoie/réception de messges # Ex. Signature électronique

16 Mécanismes de sécurité " Cryptage # E.g. Blowfish, RSA " Authentification # Ex. password, public key authentication " Authorisation Paradigmes de programmation des systèmes distribués " Comment faire communiquer les processus? # Par échange de messages # Exemple : MPI # Par appel de procédures distantes # Exemple Java RMI (Remote Method Invocation) # Par mémoire partagée 32

17 Echange de messages P1 P2 P3 M1 M2 M3 Réseau de Communication 33 Appel de procédures distantes M 1 O 1 O 2 M 2 P l M1.P h () M 2.P i () P h M 1.P j () P i M 2.P k () P k M 2.P j () P j M 1.P h () Appel de procédure Retour de la procédure 34

18 Mémoire partagée P : Processeur M : Mémoire Put (Ecriture) P1 P2 P3 Get (Lecture) Réseau de Communication Mémoire Partagée 35 Ce que ce cours n aborde pas " Technologies des réseaux de communication " Protocoles de communication " Hypothèse de travail : # Le réseau est opérationnel 36

19 Ce que ce cours aborde " Algorithmes distribués implémentés au dessus des réseaux # Objectif : concevoir une boite outil nécessaire pour mettre en place un système distribué " Environnements de développement utilisés pour développer des applications distribuées 37 Infrastructure 38

20 Plan du cours " Voir ce lien : " 39 Epreuves et évaluation " 1 épreuve théorique : 35% " Plusieurs travaux pratiques : 30 % " Projet : PR (35%) 40

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