Sistemas Operativos Distribuidos

1 Introducción a los sistemas distribuidos

Introducción a los Sistemas Distribuidos 1.2

Alberto Lafuente, Departamento de Arquitectura y Te c n o l o g í a d e C o m p u t a d o r e s , U P V / E H U

Contenido 1.1 Motivación 1.1.1 Tipos de sistemas 1.1.2 Una definición de sistema distribuido 1.1.3 Perspectivas 1.2 Propiedades de los sistemas distribuidos 1.2.1 Transparencia 1.2.2 Escalabilidad 1.2.3 Fiabilidad y tolerancia a fallos 1.2.4Consistencia 1.3 Aplicaciones distribuidas 1.3.1 Objetivos de las aplicaciones distribuidas 1.3.2 Entornos para las aplicaciones distribuidas 1.4 Soporte hardware 1.4.1 Elementos de cómputo 1.4.2 Infraestructura de red 1.5S oporte del sistema operativo 1.6S oporte para la comunicación 1.6.1 Modelos de comunicación 1.6.2 Comunicación basada en paso de mensajes 1.7 Sistemas abiertos 1.8 Resumen 1.9 Ejercicios Apéndice A: Llamadas a procedimientos remotos Apéndice B: Invocación de métodos remotos

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1.1 Motivación

Los sistemas distribuidos suponen un paso más en la evolución de los sistemas informáticos, entendidos desde el punto de vista de las necesidades que las aplicaciones plantean y las posibilidades que la tecnología ofrece. Antes de proporcionar una definición de sistema distribuido resultará interesante presentar, a través de la evolución histórica, los conceptos que han desembocado en los sistemas distribuidos actuales, caracterizados por la distribución física de los recursos en máquinas interconectadas.

Utilizaremos aquí el término recurso con carácter general para referirnos a cualquier dispositivo o servicio, hardware o software, susceptible de ser compartido.

1.1.1 Tipos de sistemas

Desde una perspectiva histórica se puede hablar de diferentes modelos que determinan la funcionalidad y la estructura de un sistema de cómputo, las características del sistema operativo como gestor de los recursos, y su campo de aplicación y uso:

• Sistemas de lotes. Son los primeros sistemas operativos, que permitían procesar en diferido y secuencialmente datos suministrados en paquetes de tarjetas perforadas. Hoy en día, sobre sistemas multiprogramados con interfaces de usuario interactivas, el proceso por lotes tiene sentido en aplicaciones de cálculo intensivo, por ejemplo en supercomputación.

• Sistemas centralizados de tiempo compartido. Fue el siguiente paso, a mediados de los 60. El objetivo es incrementar la eficiencia en el uso de la CPU, un recurso entonces caro y escaso, disminuyendo los tiempos de respuesta de los usuarios, que operan interactivamente. Los recursos están centralizados y se accede al sistema desde terminales.

• Sistemas de teleproceso. Se diferencian del modelo anterior en que los terminales —más recientemente, sistemas personales— son remotos y acceden a un sistema central utilizando una infraestructura de red (por ejemplo la telefónica) y un protocolo de comunicaciones normalmente de tipo propietario. El sistema central monopoliza la gestión de los recursos. Ejemplos de aplicaciones que resolvía este modelo son los sistemas de reservas y de transacciones bancarias.

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• Sistemas personales. La motivación de este tipo de sistemas estuvo en proporcionar un sistema dedicado para un único usuario, lo que fue posible gracias al abaratamiento del hardware por la irrupción del microprocesador a comienzos de los 80. Precisamente, el coste reducido es su característica fundamental. El sistema operativo de un ordenador personal (PC) es, en un principio, monousuario: carece de mecanismos de protección. Aunque, por simplicidad, los primeros sistemas operativos eran monoprogramados (MS-DOS), la mejora del hardware pronto permitió soportar sistemas multitarea (Macintosh, OS/2, Windows 95/98), e incluso sistemas operativos diseñados para tiempo compartido, como UNIX y Windows NT1. Un sistema personal posee sus propios recursos locales. Inicialmente, éstos eran los únicos recursos accesibles, pero hoy en día la situación ha cambiado. Por otra parte, la evolución hardware ha llevado a los ordenadores personales hacia versiones móviles (PC portátiles y otros dispositivos como PDAs y teléfonos móviles).

• Sistemas en red. En la evolución del teleproceso, los terminales fueron ganando capacidad de cómputo y funcionalidad hasta convertirse en sistemas autónomos. El concepto de computador central desaparece; ahora hay que hablar de un conjunto de computadores que se conectan entre sí utilizando una infraestructura de red. Una máquina que proporciona el acceso a un determinado recurso es el servidor de ese recurso. Los clientes, que pueden disponer de recursos locales, acceden a un recurso remoto mediante solicitud al servidor correspondiente. Existen protocolos de red propietarios, que restringen la interoperatividad a máquinas del mismo tipo que conforman una red local, como Novell para PCs, o AppelTalk para Macintosh. Sin embargo, el desarrollo de protocolos comunes, como TCP/IP, ha permitido interconectar las máquinas independientemente de sus características y sistema operativo (interoperatividad), extendiendo el ámbito de estos sistemas a redes de área amplia y posibilitando el surgimiento de Internet.

1 Este tipo de sistemas se conocía hacia 1990 como estaciones de trabajo o work-stations. Hoy en día cualquier ordenador personal es capaz de soportarlos y ya no se hace está distinción. El PC se ha convertido en un componente estándar que, como veremos, se usa indistintamente como sistema personal, como servidor de recursos compartidos, o incluso como elemento de un sistema de alto rendimiento (cluster computing).

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• Sistemas distribuidos. Los recursos de diferentes máquinas en red se integran de forma que desaparece la dualidad local/remoto. La diferencia fundamental con los sistemas en red es que la ubicación del recurso es transparente a las aplicaciones y usuarios, por lo que, desde este punto de vista, no hay diferencia con un sistema de tiempo compartido. El usuario accede a los recursos del sistema distribuido a través de una interfaz gráfica de usuario desde un terminal, despreocupándose de su localización. Las aplicaciones ejecutan una interfaz de llamadas al sistema como si de un sistema

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