WEBLIOGRAPHIE SYSTÈMES RÉPARTIS. Système centralisé. Introduction au systèmes répartis. !!1 processeur : une horloge commune

Transcription

1 SYSTÈMES RÉPARTIS 2 WEBLIOGRAPHIE!! 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 heithem.abbes@gmail.com Introduction au systèmes répartis 4 Système centralisé!! 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

2 5 Emergence du réparti!! 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)!! "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)!! 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)!! 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).

3 9 Caractéristiques (1/2)!! 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)!! 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 Exemples Propriétés 11!! Commerce électronique!!partage de fichiers (P2P)!! Réseaux sociaux!! Grilles informatiques "! Ensemble de ressources hétérogènes et délocalisées!! Cloud Computing (Informatique en nuage) : "! Accès via le réseau, à la demande et en libreservice, à des ressources virtualisées et mutualisées 12 Tolérance aux pannes!! Un système réparti doit tolérer la panne des machines!:!! Une machine tombe en panne.!! Une machine envoie des informations erronées.!! Une machine n est plus atteignable (problème réseau) 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

4 Propriétés Problèmes 13 Sécurité!! Confidentialité, Intégrité : Droits d accès, Pare-Feu!! Non-répudiation (s'assurer qu un contrat signé via internet, ne peut être remis en cause par l une des parties)!! Authentification "! Identification des applications partenaires "! Messages authentifiés Disponibilité!! Prêt à l utilisation et toujours disponible 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 16 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?!! Ce qui marche pour un objet, marchera-t-il pour des millions? Problèmes Problèmes Nommage et 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 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?

5 Système vs application Applications réparties!! 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 Schémas de répartition (modèles d exécution) Modèle Client-Serveur 21!! 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 22!! 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

6 Modèle de communication par messages (1/2) Modèle de communication par messages (2/2) 23!! 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. 24!! 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!: "!Le message est diffusé à tous les éléments d une liste de destinataires!! Exemple: messagerie électronique Modèle de communication par événements Modèle à base de composants 25 26!! 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!! Modèle 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!! 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!! Exemple : surveillance des systèmes (changement d états de configuration, alertes, statistiques!! 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

7 27 Modèle à base d agents mobiles!! 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 effectuées pour les échanges "! amener le code aux données plutôt que le contraire!! Agents mobile : entité logicielle permettant de construire des applications distribuées!! peut se déplacer d'une machine à une autre sur réseau.!! s'exécute sur une machine et peut, à tout moment, arrêter son exécution, se déplacer sur une autre machine et reprendre son exécution (à partir de son dernier état) 28 Modèles à mémoire partagée!! 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 Modèle orienté service 29!! 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 30 Middleware

8 31 Motivations!! 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 supersystème d exploitation pour un système réparti 33 Middleware!! Un middleware ou «!intergiciel!» permet le dialogue entre les différents composants d'une application répartie!! Représente l élément le plus important de tout système réparti!! Positionnement du middleware (couche du milieu) Site 1 Site 2 34 Middleware!! 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 35 Services du middleware!! Communication!!permet la communication entre machines mettant en œuvre des formats différents de données!!prise en charge par la FAP (Format And Protocol)!!FAP : pilote les échanges à travers le réseau : "!synchronisation des échanges selon un protocole de communication "!mise en forme des données échangées selon un format connu de part et d'autre

9 36 Middleware!! 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.!! Sécurité!!permet de garantir la confidentialité et la sécurité des données à l'aide de mécanismes d'authentification et de cryptage des informations 37 Types de middleware!! 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 Présentation Communications!! Elément fondamental d un système réparti!!plusieurs systèmes séparés physiquement!!reliés par un réseau "!Définit leur interconnexion "!Leur permet de communiquer entre eux

10 Outils de communication le réseau vu de l utilisateur 40!! 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 41!! 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 le réseau vu de l utilisateur 42!! 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