Distribuição dos recursos de processamento e armazenamento em diversos computadores.
|Distribuição dos recursos em camadas, com diferentes níveis de abstração.| + +**Desafios:** + +- **Transparência:** Alcançar total transparência nos sistemas distribuídos é um desafio, afetando a experiência do usuário e a integração com outros sistemas. +- **Heterogeneidade:** A heterogeneidade dos ambientes computacionais dificulta o desenvolvimento de software funcional em diversos equipamentos. +- **Concorrência e Qualidade de Serviço:** Garantir a concorrência justa e a qualidade de serviço em ambientes distribuídos é crucial para evitar gargalos e falhas. +- **Formatos de Comunicação:** A utilização de formatos de comunicação complexos, como JSON, pode trazer desafios de performance e legibilidade. +- **Escalabilidade:** A escalabilidade é discutida em diferentes cenários, como ambientes de nuvem versus híbridos, considerando o impacto financeiro. + +**Conceitos Básicos:** + +- **Entidade:** Representa um objeto ou componente do sistema. +- **Serviço:** Encapsula um conjunto de funcionalidades oferecidas por uma entidade. +- **Nome:** Identifica uma entidade de forma única no sistema. +- **Endereço:** Indica a localização de uma entidade na rede. +- **Comunicação:** Permite que as entidades troquem informações. + +**Exemplos de Sistemas Distribuídos:** + +- Internet +- Redes sociais +- Sistemas de e-commerce +- Sistemas de jogos online +- Serviços de streaming + +**Exemplo Detalhado: Sistema de Distribuição de Conteúdo (CDN)** + +- Usa uma rede de servidores para distribuir conteúdo para usuários em diferentes localizações. +- **Objetivo:** + - Reduzir o tempo de resposta para os usuários. +- **Funcionamento:** + - O conteúdo é replicado em vários servidores da rede. + - Quando um usuário solicita o conteúdo, ele é direcionado para o servidor mais próximo. + - O processo pode ser otimizado migrando processos para servidores com menor tempo de resposta. + +**Tipos de Arquiteturas:** + +- **Cliente-servidor:** Um servidor fornece serviços aos clientes. +- **Multicamada:** Os componentes do sistema são organizados em camadas com diferentes responsabilidades. +- **Peer-to-peer:** Todos os computadores no sistema desempenham funções semelhantes. +- **Híbrido:** Combinação de diferentes modelos para atender às necessidades específicas da aplicação. +- **Threads:** + - Permitem que um processo seja dividido em tarefas menores que podem ser executadas em paralelo. + - **Benefícios para sistemas distribuídos:** + - **Paralelismo:** Permite que várias tarefas sejam executadas ao mesmo tempo. + - **Concorrência:** Permite que várias tarefas competem por recursos. + +**Sistema de Nomeação e DNS:** + +- Exemplo de sistema de nomeação amplamente utilizado na internet. +- Traduz nomes de domínio legíveis por humanos em endereços IP numéricos. +- Fornecem mecanismos para localizar serviços dentro do sistema distribuído. +- Permite localizar serviços dentro do sistema. + +**Middleware e Integradores de Software:** + +- Facilitar a comunicação entre diferentes partes de um sistema distribuído, independentemente da arquitetura subjacente. +- Simplifica a integração e interoperabilidade entre componentes heterogêneos. +- Reduz a complexidade do desenvolvimento e da manutenção. +- Aumenta a flexibilidade e a escalabilidade do sistema. +- **Serviços:** + - Tradução de protocolos. + - Roteamento de mensagens. + - Gerenciamento de transações. + + +## **Arquiteturas Centralizadas vs. Descentralizadas** + +## + +|Característica|Arquitetura Centralizada|Arquitetura Descentralizada| +| :- | :- | :- | +|Conceito|Um único ponto de controle gerencia todos os recursos e dados do sistema.|Ausência de um ponto de controle central, com tarefas e decisões distribuídas entre diversos nós.| +|Arquitetura|Em camadas, com servidor central.|Distribuída, sem servidor central.| +|Nomeação de Serviços|Centralizada.|Distribuída.| +|Pontos de Falha|Únicos: Falha do componente central compromete todo o sistema.|Múltiplos: Falha de um nó não impacta todo o sistema.| +|Escalabilidade|Limitada: Dificuldade em lidar com o aumento da demanda.|Alta: Capacidade de lidar com um grande número de usuários e dados.| +|Tolerância a Falhas|Baixa: Falha do componente central compromete todo o sistema.|Alta: Menos suscetíveis a falhas, pois não dependem de um único ponto de controle.| +|Gerenciamento|Centralizado: Fácil de implementar e gerenciar.|Mais complexo: Maior dificuldade de projetar e gerenciar.| +|Segurança|Menor superfície de ataque.|Maior superfície de ataque, exigindo mecanismos de segurança robustos.| +|Flexibilidade|Menor: Dificuldade em se adaptar a novas necessidades.|Maior: Podem ser facilmente adaptados a novas necessidades.| +|Democracia|Centralizada: Poder de decisão concentrado em um único ponto.|Distribuída: Poder de decisão distribuído entre os participantes da rede.| +|Custo de Implementação|Baixo: Menor investimento inicial.|Alto: Maior investimento inicial.| +|Custo de Manutenção|Baixo: Fácil de diagnosticar e solucionar problemas.|Alto: Maior dificuldade em diagnosticar e solucionar problemas.| +## MicroServiços vs. Monolíticos +**Qual escolher?** + +- **Monolítica:** + - Aplicativos simples + - Priorizar facilidade de desenvolvimento e gerenciamento +- **Microsserviços:** + - Aplicativos complexos que precisam de escalabilidade e resiliência + - Priorizar facilidade de manutenção e desenvolvimento de novas funcionalidades +## + +|Característica|Monolítica|Microsserviços| +| :- | :- | :- | +|Implementação|Simples: A simplicidade inicial da arquitetura monolítica pode dificultar mudanças complexas no futuro.|Complexa: Microsserviços exigem mais tempo e esforço no início, mas oferecem maior flexibilidade a longo prazo.| +|Gerenciamento|Simples: O gerenciamento de uma aplicação monolítica é mais intuitivo (um único código-fonte)|Complexo: Microsserviços exigem ferramentas e expertise específicos para gerenciar diversos serviços interligados.| +|Escalabilidade|Difícil: Escalar verticalmente (adicionando recursos a um único servidor) em monolitos pode ser desafiador.|Fácil: Microsserviços permitem escalar horizontalmente (adicionando mais servidores) de forma mais granular e eficiente.| +|Manutenção|Difícil para aplicativos complexos: Encontrar e corrigir bugs em monolitos complexos pode ser trabalhoso. |Fácil: Microsserviços facilitam a identificação e o isolamento de problemas, pois cada serviço é um módulo independente.| +|Resiliência|Baixa: Se um componente da aplicação monolítica falhar, todo o sistema pode ser afetado.|Alta: Microsserviços, por serem independentes, podem tolerar falhas em um serviço sem impactar todo o sistema.| +|Desenvolvimento de novas funcionalidades|Difícil: Adicionar novas funcionalidades em uma aplicação monolítica pode ser lento e arriscado.|Fácil: Microsserviços permitem desenvolver e implementar novas funcionalidades de forma mais rápida e segura, pois cada serviço pode ser modificado independentemente| +|Monitoramento|Simples: Monitorar uma aplicação monolítica é simples (um único ponto de acesso para coletar métricas). |Complexo: Microsserviços exigem ferramentas e técnicas mais robustas para monitorar diversos serviços interligados.| +|Custo de infraestrutura|Menor: O custo inicial de infraestrutura para uma aplicação monolítica pode ser menor (roda em um único servidor).|Maior: Microsserviços exigem mais servidores para distribuir os serviços (aumento inicial do custo). A longo prazo, a escalabilidade horizontal pode levar a um custo total de infraestrutura menor.| +|Segurança|Mais fácil: Implementar medidas de segurança em uma aplicação monolítica pode ser mais fácil (um único ponto de ataque).|Mais difícil: Em microsserviços, a segurança se torna mais complexa (multiplicidade de serviços e necessidade de proteger cada um individualmente).| +|Desempenho|Pode ser menor: O desempenho de uma aplicação monolítica pode ser afetado pela interdependência dos seus componentes. |Pode ser maior: Microsserviços podem oferecer melhor desempenho, pois permitem distribuir o processamento entre diversos servidores e otimizar a utilização de recursos.| +|Confiabilidade|Mais alta: A arquitetura monolítica, por ser um sistema único, pode apresentar maior confiabilidade geral. Se um componente falhar, todo o sistema pode ser afetado. |Mais baixa: Microsserviços, por serem mais resilientes a falhas em serviços individuais, podem ter uma confiabilidade geral menor, mas com menor impacto em caso de problemas.| +|Simplicidade|Mais simples: A simplicidade da arquitetura monolítica facilita o aprendizado e a manutenção para equipes pequenas. |Mais complexa: Microsserviços exigem maior conhecimento técnico e podem ser mais desafiadores para gerenciar, especialmente em projetos de grande escala.| +|Transparência|Menos transparente: A interdependência dos componentes em uma aplicação monolítica pode dificultar a compreensão do funcionamento do sistema como um todo.|Mais transparente: Microsserviços, por serem modulares e independentes, oferecem maior transparência, facilitando o entendimento e a depuração de problemas.| +|Concorrência|Mais difícil: Implementar concorrência em uma aplicação monolítica pode ser desafiador (interdependência dos componentes). |Mais fácil: Microsserviços facilitam a implementação de concorrência, pois cada serviço pode ser executado em paralelo, otimizando o desempenho e a utilização de recursos.| + + + +## Migração +**O que é?** + +A migração de processos é o ato de mover um processo de uma máquina para outra. + +**Vantagens:** + +- **Balanceamento de carga:** distribuir o trabalho entre as máquinas para evitar sobrecarga. +- **Manutenção:** mover processos durante manutenções ou falhas em máquinas. +- **Atualizações de software:** implementar novas funcionalidades em máquinas atualizadas. +- **Desastres naturais:** proteger dados críticos em ambientes seguros na nuvem. +- **Tolerância a falhas:** mover processos para outros nós em caso de falhas. +- **Otimização de desempenho:** mover processos para nós com recursos mais adequados. + +**Desafios:** + +- **Heterogeneidade de ambientes:** diferenças de hardware, software e sistemas operacionais podem gerar incompatibilidades. +- **Dependências complexas:** identificar e gerenciar dependências de outros processos, serviços e recursos de rede. +- **Impacto na disponibilidade:** indisponibilidade temporária do processo durante a migração. +- **Garantia da integridade dos dados:** garantir a transferência completa e precisa dos dados para o novo ambiente. +- **Validação rigorosa:** realizar testes exaustivos para garantir o funcionamento correto no novo ambiente. + +**Soluções:** + +- **Virtualização:** usar máquinas virtuais para isolar processos e alocar recursos de forma eficiente. +- **Sincronização:** garantir a consistência dos dados e evitar conflitos em sistemas multiprocessados. +- **Mecanismos de sincronização:** semáforos, monitores e mutexes para controlar o acesso a recursos compartilhados. + +**Abordagens de Migração:** + +- **Manual:** transferência manual do processo e do seu estado, com risco de erros. +- **Automática:** ferramentas e scripts para automatizar o processo, reduzindo erros e otimizando o tempo. +- **Contínua:** transferência incremental do estado do processo, minimizando o impacto no desempenho. + +**Exemplos de Uso:** + +- **Nuvem:** balanceamento de carga de trabalho entre data centers. +- **Sistemas de alta disponibilidade:** garantir a execução de aplicativos mesmo com falhas em servidores. +- **Sistemas distribuídos:** mover tarefas entre diferentes nós. + +**Vantagens:** + +- **Escalabilidade:** aumentar a capacidade de processamento e armazenamento distribuindo tarefas. +- **Confiabilidade:** maior tolerância a falhas, pois a falha de um componente não compromete todo o sistema. +- **Disponibilidade:** maior disponibilidade de serviços, pois os recursos podem ser redirecionados em caso de falhas. + +### Tipos de migração +## + +||Descrição|Vantagens|Desvantagens|Exemplos|Cenários Ideais| +| :- | :- | :- | :- | :- | :- | +|Forte|Transfere todo o estado do processo, incluindo memória, arquivos abertos e descritores de rede.|Máxima confiabilidade e robustez.
Ideal para processos críticos ou ambientes diferentes.
|Complexa e demorada.
Requer mais recursos de rede e computação.
|Migração de máquina virtual.|Processos que não podem ter interrupções.
Migração entre ambientes heterogêneos.
| +|Fraca|Transfere apenas parte do estado do processo, como a memória e os arquivos abertos.|Rápida e simples.
Menor consumo de recursos.
|Menos confiável e robusta.
O processo pode precisar ser reiniciado.
|Recarregar uma página da web.
Transferência de arquivos pequenos.
|Processos tolerantes a interrupções curtas.
Migração dentro do mesmo ambiente.
| +|Código|O código do processo é migrado para o novo nó e o processo é reiniciado.|Simples e fácil de implementar.|Ineficiente para código grande ou reinicializações frequentes.
Pode perder parte do estado do processo.
|Recompilação de software.
Atualização de aplicativos.
|Código fonte leve e com pouca dependência de estado.
Migração frequente de processos.
| +|Dados|O estado do processo é migrado para o novo nó, mas o código do processo permanece no nó original.|Mais eficiente do que a migração de código.
|Complexa para estado de processo grande ou acesso a arquivos no nó original.
|Sincronização de arquivos.
Replicação de bancos de dados.
|Processos com grande volume de estado, mas código estável.
Migração entre ambientes com código similar.
| +|Máquina Virtual|Todo o ambiente de execução do processo, incluindo o sistema operacional e os arquivos, é migrado para o novo nó.|Máximo isolamento e portabilidade. Ideal para processos críticos ou ambientes completamente diferentes.|Mais complexa e exige mais recursos.|Migração de servidores em nuvem.
Consolidação de infraestrutura.
|Processos sensíveis a mudanças de ambiente.
Migração para ambientes com alta disponibilidade.
| + +## Ligação Forte x Ligação Fraca +**Ligação Forte de Código** + +Uma **ligação forte de código** indica que um processo depende de elementos específicos da máquina em que está sendo executado. Isso significa que, ao migrar o processo para outro ambiente, ele precisa ser reiniciado para funcionar corretamente. + +**Ligação Fraca de Dados** + +Em contraste, uma **ligação fraca de dados** sugere que o processo pode continuar em execução após a migração, mesmo que alguns dados precisam ser transferidos. Isso ocorre porque o processo não depende de elementos específicos da máquina original. +## +## Nomenclatura +**Linha de execução:** Sequência de instruções que o processo executa ao longo do tempo. + +**Arquitetura em Camadas:** Divisão do sistema em camadas com funções específicas, facilitando desenvolvimento, manutenção e escalabilidade. + +**Abertura:** Capacidade do sistema de fornecer informações suficientes para que outras partes possam interagir e se integrar com ele. + +**Frameworks:** São estruturas pré-construídas que agilizam o desenvolvimento de software, fornecendo funcionalidades básicas e otimizando o processo. +## Invocação de Método Remoto - RMI +**O que é RMI?** + +RMI, ou Remote Method Invocation, é um protocolo para criar aplicativos distribuídos em Java. Ele permite que objetos em diferentes máquinas virtuais Java se comuniquem e interajam como se estivessem no mesmo local. + +**Componentes de um aplicativo RMI:** + +- **Servidor:** Executa os objetos remotos que podem ser acessados por clientes. +- **Cliente:** Obtem referências a objetos remotos no servidor e invoca seus métodos. +- **Registro RMI:** Armazena referências a objetos remotos e as fornece aos clientes. +- **Stub:** Representa um objeto remoto no cliente e traduz chamadas de método em solicitações RMI. + +**Benefícios do RMI:** + +- **Carregamento Dinâmico de Código:** O código das classes dos objetos remotos pode ser carregado dinamicamente na máquina virtual Java do cliente, permitindo a execução de novas tarefas sem reinicialização do servidor. +- **Transparência de Rede:** A comunicação entre objetos remotos parece com chamadas de método Java regulares, abstraindo a complexidade da rede. +- **Flexibilidade:** O RMI pode ser usado para diversos tipos de aplicações distribuídas, desde simples clientes-servidor até sistemas complexos baseados em agentes. + +**Exemplos de Uso do RMI:** + +- **Mecanismo de Computação:** Um servidor que executa tarefas enviadas por clientes. +- **Monitoramento Remoto:** Um sistema que coleta dados de sensores remotos e os exibe em um painel central. +- **Aplicações Web Distribuídas:** Um site com componentes que residem em diferentes servidores. +## MPI - Interface de Passagem de Mensagens +**O que é a MPI?** + +A MPI (Interface de Passagem de Mensagens) é um paradigma de programação para computadores paralelos que facilita a comunicação entre processos em diferentes máquinas. Ela define uma interface padrão e funcionalidade para uma ampla gama de recursos de comunicação, tornando o desenvolvimento de programas paralelos mais portátil e eficiente. + +**Por que usar a MPI?** + +- **Portabilidade:** O código MPI pode ser executado em diversas plataformas, desde computadores paralelos com memória distribuída até redes de estações de trabalho. +- **Desempenho:** As implementações do MPI são otimizadas para oferecer alto desempenho em diferentes arquiteturas. +- **Flexibilidade:** A MPI permite a comunicação entre processos em sistemas heterogêneos, com diferentes arquiteturas de processador. +- **Eficiência:** O MPI evita operações desnecessárias e incentiva a reutilização de recursos, minimizando o overhead de comunicação. +- **Escalabilidade:** A MPI suporta a criação de subgrupos de processos e oferece funcionalidades que se adaptam ao número de processos na aplicação. +- **Confiabilidade:** A MPI garante a entrega confiável de mensagens, dispensando o programador da necessidade de verificar erros de comunicação. + +**Impacto da MPI:** + +- A MPI se tornou um padrão amplamente aceito e utilizado na computação paralela. +- Implementações do MPI estão disponíveis para diversas plataformas e arquiteturas. +- A MPI facilitou o desenvolvimento de aplicações paralelas eficientes e portáteis. + + +## Perguntas dignas de provas + +- **P: Qual a diferença entre um processo e uma thread?** +- **R:** Um processo é uma instância em execução de um programa, enquanto uma thread é uma unidade de execução dentro de um processo. Um processo pode ter várias threads, o que permite que o processo execute várias tarefas simultaneamente. + +- **P: Qual a diferença entre um sistema centralizado e um sistema descentralizado?** +- **R:** Em um sistema centralizado, existe um único ponto de controle que gerencia todo o sistema. Já em um sistema descentralizado, os componentes do sistema são distribuídos em diferentes locais e se comunicam entre si. + +- **P: Como funciona a distribuição horizontal em um sistema distribuído?** +- **R:** A distribuição horizontal envolve a replicação de dados e serviços em diferentes locais para aumentar a disponibilidade e o desempenho do sistema. + +- **P: O que são microsserviços?** +- **R:** Microsserviços são uma arquitetura de software que divide o sistema em pequenos serviços independentes e autônomos. + +- **P: Quais são os principais desafios dos sistemas distribuídos?** +- **R:** Os principais desafios dos sistemas distribuídos incluem nomeação de serviços, segurança, consistência de dados e tolerância a falhas. + +- **P: A migração de processos é sempre necessária?** +- **R:** Não, apenas em situações como balanceamento de carga, gerenciamento de falhas ou otimização de desempenho. + +- **P: Quais ferramentas são utilizadas para gerenciar processos em sistemas distribuídos?** +- **R:** Ferramentas como Docker e Kubernetes são populares para gerenciar processos em contêineres. + +- **P: Quais são o número mínimos de “conexão” na arquitetura cliente e servidor?** +- **R:** Duas o cliente eo servidor.