Roteiro de Aulas - Sistemas Operacionais Distribuidos

05/08

Apresentação do Curso

• Bibliografia e Critério de Avaliação.
• Sistemas Operacionais Distribuídos: provisão de uma visão única para sistemas de computação multicomputadores.

Introdução: Motivação e Problemas

referência: MOS, 9.4

07/08

Comunicação em Sistemas Distribuídos

Protocolos de Comunicação

• necessidade de definição de protocolos
• camadas de protocolos
  • serviços: confiabilidade, ordenação, conexão, ...
• sistemas abertos e padronização
  • OSI
  • TCP/IP
  • desvantagem: custo de desempenho

O modelo de troca de mensagens

Primitivas de Comunicação: envio e recebimento

• envio com e sem bloqueio
  • relação com envio com e sem bufferização
• recebimento com e sem bloqueio
  • dificuldade de tratar recebimento assíncrono em programas convencionais
  • relação com programação baseada em eventos

referência: MOS, 10.1, 10.2.4-10.2.6

12/08

Comunicação em Sistemas Distribuídos (cont)

O modelo de troca de mensagens (cont)

Endereçamento de Processos

• endereços de processos
• servidores de nomes
• uso de caixas de correio
• exemplo: portas no modelo TCP/IP

O problema de sincronização entre emissor e receptor

• necessidade de um modelo de comunicação entre processos

O Modelo Cliente-Servidor

• funcionamento básico
• servidores concorrentes e iterativos

Disparo de novos processos no ambiente UNIX

• a primitiva fork()

referência: MOS, 10.2.3, 10.2.1

14/08

19/08

Comunicação em Sistemas Distribuídos (cont)

Comunicação entre Processos no BSD UNIX (sockets)

• modelo de funcionamento
• semelhança com arquivos

Uso de Chamadas no Modelo Cliente-Servidor

• Servidor com Conexão
• Servidor sem Conexão

Chamadas Básicas

• socket
• connect
• bind
• accept
• read, write, receive, send, etc
• close

referência: Stevens, cap. 6.

21/08

Comunicação em Sistemas Distribuídos (cont)

O Modelo de Chamada Remota de Procedimento

• abstração da troca de mensagens típica em iterações cliente servidor: chamada de procedimento
• oferecimento de um modelo de programação análogo ao usado em programação sequencial
• implementação: stubs
• passagem de parâmetros
  • representação externa de dados
  • marshalling e unmarshalling
  • passagem de referências - como tratar?
• semântica de falhas
  • pelo menos uma vez
  • no máximo uma vez
  • nada garantido
  • exatamente uma vez
• implementação: stubs

referência: MOS, 10.3.1, 10.3.2, 10.3.4.

26/08

Comunicação em Sistemas Distribuídos (cont)

Chamada Remota de Procedimento (cont) - um exemplo

Sun RPC

• organização do sistema:
  • protocolo
  • biblioteca
  • compilador
  • formato padrão para dados
• exemplo de uso

referência: Comer, Stevens.

Comunicação em Grupo

• motivação
• problemas

referência: MOS 10.4.1, 10.4.2.

28/08

Sincronização em Sistemas Distribuídos

Sincronização de Relógios

• Problemas: tempos variáveis de transmissão de mensagens

Sincronização de Relógios Físicos

• algoritmos centralizados
• algoritmos distribuídos

referência: MOS 11.1.3.

2/09

Sincronização em Sistemas Distribuídos (cont.)

Sincronização de Relógios (cont.)

Relógios Lógicos

• A idéia de precedência de eventos
• o algoritmo de Lamport

Exclusão Mútua

• algoritmo centralizado
• algoritmo distribuído

referência: MOS 11.1.1, 11.2.1, 11.2.2.

4/09

não houve aula

9/09

Sincronização em Sistemas Distribuídos (cont.)

Exclusão Mútua (cont)

• algoritmo em anel
• comparação entre os diferentes algoritmos de exclusão mútua

Algoritmos de Eleição

• algoritmo de bully
• algoritmo em anel

referência: MOS, 11.2.3, 11.2.4, 11.3.1, 11.3.2.

11/09

Sincronização em Sistemas Distribuídos (cont.)

Transações

propriedades: serialização, atomicidade, permanência

Permanência: implementação em ambientes centralizados

• shadow pages
• writeahead log

Permanência: implementação em ambientes distribuídos

• o protocolo de 2 fases

Serialização: implementação em ambientes distribuídos

• uso de locks
• controle otimista

referência: MOS, 11.4.1, 11.4.2, 11.4.3, 11.4.4

referência suplementar: Silberschatz, 18.3.

16/09

Deadlocks

Caracterização

• condições necessárias

Tratamento

• ignorar
• detectar
• prevenir dinamicamente - quase sempre inviável
• prevenir estruturalmente
• dificuldades e exemplos

referência: MOS, 6,2, 6.3, 6.4

18/09

Sincronização em Sistemas Distribuídos (cont.)

Deadlocks em sistemas distribuídos

Detecção

• com controle centralizado de recursos
• sem controle centralizado: algoritmos distribuídos

Prevenção Estrutural

• atacando a condição de espera circular: wait or die
• atacando a condição de não preempção: wound or die

referência: MOS, 11.5

23/09

PROVA 1

25/09

Linhas de Controle (threads)

Motivação

• custo de criação menor que processo convencional
• possibilidade de compartilhamento de dados
• estruturação de aplicação em várias linhas de controle
• em conjunto com distribuição, aumento do aproveitamento da CPU

Implementação

• como parte do núcleo do sistema operacional
• como biblioteca

Exemplo Java

referência: MOS, 12.1

30/09

Modelos de Gerência de Processadores

• o modelo de estações de trabalho
• o modelo de banco de processadores

referência: MOS, 12.2

2/10

Algoritmos

• estáticos X dinâmicos
• exatos X heurísticos

Algoritmos Dinâmicos

• informação necessária?
• forma de difusão da informação
• controle da decisão de alocação

referência: MOS, 12.3

7/10

Sistemas de Arquivos Distribuídos

exemplo 1: NFS

referência: MOS, 9.3.1

revisão da P1

9/10

Sistemas de Arquivos Distribuídos (cont)

exemplo 2: Andrew

referência: MOS, 13.1.2, 13.2.3, 13.2.5

14/10

Segurança em Sistemas Distribuídos

• Principais problemas
• Técnicas Básicas: criptografia e autenticação
• Criptografia de chave secreta
• Criptografia de chave pública e privada

referência: Stallings, 629-632

16/10

Segurança em Sistemas Distribuídos

Distribuição de Chaves Secretas

• problema de confidencialidade da chave
• meios possíveis: distribuição offline, uso de outra chave, uso de um intermediário confiável
• KDC (Key Distribution Center) como intermediário confiável

Distribuição de Chaves Públicas

• problema da autenticidade da chave
• uso de KDCs
• uso de autoridades de cerificação

referência: Stallings, 621-624

21/10

Autenticação em Sistemas Distribuídos

Autenticação baseada em endereços e senhas

Protocolos de autenticação e falhas comuns

• autenticação unilateral e bilateral
• autenticação com chave secreta e com chave pública e secreta
• ataques comuns: replay, reflexão

23/10

Autenticação em Sistemas Distribuídos: o exemplo do Kerberos

28/10

entrega do trabalho 2

30/10

não houve aula

4/11

Discussão do Trabalho 3

6/11

não houve aula

11/11

Exemplo de SO Distribuído: Amoeba

• pool de processadores
• ausência de paginação
• arquitetura de microkernel
• uso de capabilities
• comunicação por RPC com uso de portas
• comunicação de grupo

referência: MOS, 14.1.3, 14.1.4, 14.2, 14.5

13/11

Exemplo de SO Distribuído: Mach

referência: MOS, 15.1.3, 15.2.3, 15.3, 15.3.1.