Create Threads, Virtualização, Clientes e Servidores

[amandapollosarlo]

• Processos

  O que é :

  • Para sistemas distribuídos, um processo é uma unidade de execução independente que possui seu próprio espaço de endereço, recursos e estado. Ele pode ser executado em um único nó ou em vários nós diferentes da rede distribuída. Os processos se comunicam entre si através de mensagens, proporcionando um mecanismo para a coordenação de tarefas e o compartilhamento de recursos.

  Caracterícas:

  • Algumas características de processos são, sua independência. ou seja, cada processo tem sua própria área de execução e recursos, permitindo uma execução de forma independente; o isolamento, já que possuem proteção de memória, permitindo que um processo acesse a memória de outro indevidamente; a sincronização, que permite com que os processos se comuniquem e coordenem suas ações de forma ordenada por fim a comunicação, que ocorre por meio de mensagens e permite que haja um compartilhamento de dados e a coordenação de tarefas.

• Threads

  O que são:

  • São fluxos de execução dentro de um processo que compartilham o mesmo espaço de endereçamento, mas podem executar de forma independente, o que permite que um processo execute várias threads simultaneamente, aumentando a eficácia e desempenho. Um desafio das threads é a sincronização comunicação entre elas, por ser complexa e suscetíveis a erros, como condições de corrida e deadlocks.

  Caracteristicas:

  • Algumas características são, a leveza, de forma que por serem mais leves que os processos, exigem menos recursos para serem criadas e gerenciadas; o compartilhamento de memória, que permite o acesso rápido aos dados compartilhados, a sincronização, que permite que as threads se comuniquem e coordenem suas ações de forma ordenada; e sua eficiência, de forma que as threads permitem que um processo utilize recursos de forma mais eficiente, executando tarefas simultaneamente.

  Modelo de threads:

  • Threads de Usuário: gerenciadas em nível de aplicação, ou seja, a biblioteca de threads faz todo o gerenciamento no espaço do usuário, sem a necessidade de interação direta com o kernel (núcleo do sistema operacional, responsável por gerenciar os recursos do computador e facilitar a interação entre o hardware e o software) do sistema operacional.
    • Vantagens: rapidez (como as threads são gerenciadas no espaço do usuário, as operações de criação, alternância (context switch) e sincronização de threads são mais rápidas, porque não envolvem chamadas ao kernel) e flexibiliade (bibliotecas de threads podem ser implementadas em qualquer sistema operacional sem necessidade de suporte específico do kernel)
    • Desvantagens: bloqueio ( se uma thread de usuário fizer uma chamada bloqueante, como leitura de disco ou espera de rede, todo o processo é bloqueado, já que o kernel não reconhece as threads individuais, mas somente o processo como um todo) e escalonamento ( o kernel não tem conhecimento das threads de usuário e, portanto, não pode escaloná-las diretamente. Isso pode resultar em uma utilização ineficiente dos recursos da CPU).
  • Threads de Kernel: gerenciadas pelo próprio kernel do sistema operacional. Cada thread é tratada como uma entidade separada pelo kernel, que cuida da criação, escalonamento e gerenciamento das threads.
    • Vantagens: eficiência do escalonamento ( kernel pode realizar o escalonamento de threads com base na prioridade e nas necessidades de recursos de cada thread. Isso permite uma utilização mais eficiente da CPU e um melhor desempenho em sistemas multiprocessadores), não realização de bloqueio (como o kernel conhece todas as threads, ele pode continuar executando outras threads dentro do mesmo processo, mesmo se uma thread estiver bloqueada e uma operação de I/O(Input/Output).
    • Desvantagens: overhead maior (as operações de gerenciamento de threads, como criação e alternância de contexto, são mais lentas porque envolvem chamadas ao kernel. Isso pode introduzir um overhead considerável, principalmente quando há muitas threads) e complexidade (a implementação e o gerenciamento de threads de kernel são mais complexos, exigindo suporte específico do sistema operacional).

  Implementação de Threads:

  • Bibliotecas de threads: facilitam o uso e melhor utilização dos recursos da CPU, melhoram a estruturação do código e na escalabilidade das aplicações. Permitem uma utilização das threads de forma eficiente podendo levar a um aumento significativo no desempenho e na responsividade de aplicações, especialmente em sistemas multiprocessadores
  • Sincronização de Threads: mecanismos como semáforos e barreiras são explicados para coordenar a execução de threads e evitar condições de corrida.

• Virtualização

  O que é:

  • É a tecnologia que permite criar uma versão virtual de um recurso físico, como hardware, sistemas operacionais, dispositivos de armazenamento ou recursos de rede. Em vez de usar o recurso físico diretamente, a virtualização permite que você utilize uma versão simulada do recurso, que se comporta como se fosse real. Ela usa software para criar uma camada de abstração sobre o hardware físico. Isso permite que um único conjunto de hardware físico seja dividido em vários ambientes virtuais independentes, conhecidos como máquinas virtuais (VMs).

  Benefícios:

  • Melhora a utilização de recursos, facilita o gerenciamento e a migração de sistemas, e isola diferentes aplicações para melhorar a segurança e a estabilidade.

  Tipos de Virtualização:

  • Virtualização completa: também conhecida como full virtualization, emula um hardware completo para que sistemas operacionais e aplicações existentes possam ser executados sem nenhuma modificação.
  • Paravirtualização: envolve a modificação do sistema operacional convidado para que ele possa se comunicar diretamente com o hypervisor, o que melhora a performance.
  • Virtualização de Nível de Sistema Operacional: também conhecida como containerização, permite que múltiplas instâncias isoladas de um sistema operacional rodem em um único host, utilizando containers.

  Hypervisores: software que cria e gerencia máquinas virtuais (VMs). Ele permite que múltiplos sistemas operacionais compartilhem um único hardware físico, isolando-os uns dos outros. O hypervisor gerencia a distribuição dos recursos físicos, como CPU, memória e dispositivos de I/O, entre as VMs.

  • Hypervisor Tipo 1 (Bare-Metal): Corre diretamente sobre o hardware, proporcionando maior eficiência e controle.
  • Hypervisor Tipo 2 (Hospedado): Corre sobre um sistema operacional existente, facilitando a instalação e a compatibilidade com diferentes plataformas, mas com overhead maior.

• Clientes

  O que são:

  • São dispositivos, programas ou sistemas que fazem solicitações a um servidor para acessar ou utilizar recursos, serviços ou dados. Eles atuam como consumidores no modelo cliente-servidor.

  Características:

  • Os clientes iniciam a interação com o sistema enviando solicitações aos servidores.
  • Geralmente possuem uma interface gráfica ou uma interface de linha de comando que permite que os usuários interajam com o sistema.
  • Se comunicam com os servidores através de protocolos de rede, como HTTP ou TCP/IP.
  • Podem realizar parte do processamento localmente, antes de enviar solicitações aos servidores ou após receber respostas dos servidores.

  Arquitetura Cliente-Servidor

  • O modelo Cliente-Servidor é uma estrutura onde clientes solicitam serviços e servidores fornecem esses serviços. Facilita a distribuição de tarefas e recursos em um sistema distribuído.
  • Servidores podem ser de diferentes tipos, como servidores de arquivos, de impressão, web, entre outros.

• Servidores

  O que são:

  • São sistemas ou aplicações que fornecem serviços, recursos, ou dados para outros programas ou dispositivos, conhecidos como clientes, através de uma rede.
    Em um sistema cliente-servidor, um servidor é um processo que fornece serviços aos clientes. Os servidores geralmente aguardam passivamente por solicitações dos clientes e respondem a essas solicitações, fornecendo os serviços desejados.

  Características:

  • Oferecem funcionalidades específicas aos clientes, como armazenamento de dados, processamento de informações ou acesso a recursos.
  • Geralmente aguardam passivamente por solicitações dos clientes.
  • Gerenciam recursos compartilhados, como memória, processamento e armazenamento, de forma a atender às solicitações dos clientes de forma eficiente.
  • Podem ser escalados para atender a um grande número de clientes, adicionando mais recursos ou distribuindo a carga de trabalho entre vários servidores.

  Tipos de servidores:

  • Servidores de Aplicação: Executam aplicações específicas. Exemplos: servidores web, servidores de email ou servidores de banco de dados.
  • Servidores de Arquivos: Armazenam e fornecem acesso a arquivos para os clientes.
  • Servidores de Impressão: Gerenciam filas de impressão e imprimem documentos enviados pelos clientes.
  • Servidores de Diretório: Armazenam e fornecem acesso a informações sobre usuários, grupos e recursos em uma rede.
  • Servidores de Proxy: Intermediam a comunicação entre os clientes e outros servidores, fornecendo serviços como cache, segurança e filtragem de conteúdo.