SD09 - Sistemas de Arquivos Distribuídos.ppt

Sistemas Distribuídos Parte 09

Sistemas de Arquivos Distribuídos Conteúdo adaptado a partir do material dos professores professores Luís Fernando Friedrich (Universidade Federal de Santa Catarina) e

Sistema de $r%ui $r%uivo vo •

"arte importante dos sistemas operacionais& pois ele fornece' iso abstrata dos dados persistentes Controle sobre sobre o servi*o de nomes $cesso + ar%uivos e sua or,ani-a*o ,eral. –

–

–

– 2 –

Sistema de $r%ui $r%uivo vo •

Conceitos –

$r%uivo •

•

•

–

Uma se%uencia de b/tes. Um sistema especi0co de uma estrutura interna. $tributos 1amanho& amanh o& acesso& a cesso& datas& da tas& dono.

Diret2rio Diret2rio (ar%uivo especial) •

•

Mapeia os nomes para os identi0cadores. identi0cadores. "ode conter subdiret2rios (arvore). – 3 –

Sistema de $r%ui $r%uivos vos Distribuído •

3"ermite aos pro,ramas arma-enarem e acessarem ar%uivos remotos e4atamente como se fossem locais& possibilitando %ue os usu5rios acessem ar%uivos a partir de %ual%uer computador em uma rede. 6 desempenho e a se,uran*a no acesso aos ar%uivos arma-enados em um servidor devem ser compar5veis aos ar%uivos arma-enados em discos locais.7 –

8Coulourus& 9.: Dollimore& ;.: ! Cap ?. – 4 –

S$D @ Sistemas de $r%uivos $r%uivos Distribuídos •

6ferecem' –

–

–

•

$cesso remoto aos ar%uivos arma-enados em um servidor $cesso aos dispositivos de #AS de outras m5%uinas Controle de verso e restaura*o de c2pias de de se,uran*a

6s sistemas de ar%uivos distribuídos devem prover' –

–

–

–

Con0abilidade Bedundncia Disponibilidade #scalabilidade – 5 –

"or %ue adotar S$D •

–

–

–

•

–

–

–

Compartilhamento de recursos E sempre um desa0o. Clientes dispersos "onto de vista centrali-ado Mobilidade e e4ibilidade

S$D oferece um es%uema de compartilhamento bem estruturado. #spa*o em disco. $dministra*o compartilhada. Cada ma%uina no tem %ue arma-enar ar%uivos %ue ir5 acessar. acessar. – 6 –

S$D ! 6 %ue se busca •

Tolerância a Falhas –

•

Se um servidor cair ou 0car fora do ar ou da rede& o sistema siste ma de ar%uivos no pode p ode perder informa*Ges e nem 0car indisponível total ou parcialmente parcialmente

Acesso Concorrente –

•

–

5rios usu5rios podem acessar v5rios ar%uivos& ou os mesmos ar%uivos& sem sofrer s ofrer danos& d anos& perda de performance ou %uais%uer outras restri*Ges

Replicação de Arquivos Com esta funcionalidade& a con0an*a e a e0ciHncia do servi*o de ar%uivos E aumentada si,ni0cativamente

S$D @ Be%uisitos •

1ransparHncia 1ransparHncia de... –

–

–

–

–

Acesso' clientes tratam ar%uivos como locais Localização' espa*o de nomes uniforme e sem mudan*a %uando %ua ndo ar%uivos mudarem Concorrência' opera*Ges dos clientes no devem interferir umas com as outras Falha' servidores devem operar normalmente na falha dos clientes& e vice@versa Desempenho' no deve variar com a car,a

– 8 –

S$D @ Be%uisitos •

Usabilidade depende de...

–

Heteroeneidade de H! e "! •

–

Interfaces de0nidas de forma %ue possam ser implementadas por v5rios JK e SK

#scala$ilidade •

Servi*o deve ser e4tensível para acomodar mudan*as de escala do SD

•

Se escalabilidade envolver muitos hosts...

–

Transparência de replicação •

–

$r%uivos podem estar 0sicamente replicados e cliente i,nora i,nor a esse fato

Transparência de miração •

$r%uivos podem mudar de lu,ar e isso no deve alterar os clientes – 9 –

S$D @ Be%uisitos –

# ainda... •

Compartilhamento –

–

•

Arquivos imut%veis& –

–

–

•

1oda 1oda opera*o em um ar%uivo deve ser visível visíve l a todos processos Semntica de sesso' nenhuma modi0ca*o E visível aos outros processos atE %ue o ar%uivo se=a fechado. Modi0ca*Ges no so possíveis: Simpli0ca compartilhamento e replica*o: Modi0ca*Ges ocorrem apenas em diret2rios

Transaç'es& –

–

1odas 1odas as modi0ca*Ges tHm tH m a propriedade do tudo@ou@nada tudo@ou@ nada (atomicidade): Seriali-a*o – 10 –

S$D ! Servi*os 5sicos •

"erviço de (omes Distri$u)do –

•

"erviço de Arquivos Distri$u)do –

–

•

6 servi*o de nomes cuida de indicar a locali-a*o de um determinado ar%uivo dado o seu nome ou caminho. Bespons5vel Bespons5vel por fornecer opera*Ges sobre os ar%uivos %ue compGe o sistema. 6s ar%uivos podem ser arma-enados arma-enados de diferentes formas& dependendo do seu tipo e uso.

"erviço de Diret*rios Distri$u)do –

–

Bespons5vel Bespons5vel por manter a or,ani-a*o or,ani-a*o dos ar%uivos arma-enados no sistema. #le fornece fornece uma interface interface para %ue os usu5rios usu5rios possam arran=ar seus ar%uivos num formato hier5r%uico& %ue E estruturado em diret2rios diret2rios e subdiret2rios. – 11 –

S$D ! $spectos de Implementa*o •

Componentes –

"ara preencher os re%uisitos re%uisitos e implementar servi*os& a=uda bastante se o S$ for implementado com trHs componentes' Servi*o de ar%uivo b5sico Servi*o de diret2rio diret2rio M2dulo de cliente uem fa- o %ue •

•

•

–

– 12 –


Servi*o de ar%uivos b5sico –

–

Implementa opera*Ges nos ar%uivos $r%uivos so referenciados por seus FIDs (File Ids) FIDs devem ser únicos no SD Cria*o de um novo ar%uivo 9era um FID e devolve ao re%uisitante •

–

•

– 13 –


Servi*o de Diretorio Diretorio –

Bespons5vel por converter nomes te4tuais em

FIDs –

Diret2rio Con=unto de FIDs e nomes te4tuais Cliente do servi*o de ar%uivo b5sico $r%uivos de diret2rio so ar%uivos& e ,erenciados ,erenciados pelo S$ S $ Jierar%uia de diret2rios •

–

•

•

– 14 –


Modulo Cliente –

Chamadas de sistema para manipula*o de ar%uivos Criar& ler& escrever... $rma-ena locali-a*o na rede do servi*o de diret2rio e de ar%uivo b5sico "ode ,erenciar cache local •

–

–

– 15 –


Interface do Servi*o de $r%uivo asico (S$) –

$spectos dessa interface o tem openAclose: manipula usando I$ (identi0cador de ar%uivo) Servidor sem estado (stateless) Clientes so respons5veis por saber onde esto lendoAescrevendo o caso de falha& depois do retorno retorno no h5 procedimento especial •

•

–

–

– 16 –


$penas relembrando... Stateless –

•

Servidor no ,uarda informa*o sobre clientes nem sobre ar%uivos (I$s) Besponsabilidade do cliente em manter o estado –

–

Stateful •

•

MantEm informa*o de %ual cliente abriu %ual ar%uivo& e em %ue bloco est5 Be%uisi*Ges so atendidas mais r5pido& pois no precisa locali-ar o I$ do ar%uivo – 17 –


9era*ao de I$s –

Devem ser ,erados de forma única no espa*oAtempo e difícil de for=ar •

–

$r%uivo removido& I$ descartado

I$ no E endere*o •

o contEm informa*Ges sobre locali-a*o do ar%uivo

– 18 –


9era*ao de I$s –

Como ,arantir unicidade e inte,ridade Usar um espa*o de números pouco populoso Unicidade •

•

–

•

I$ N ID do ,rupo O inteiro (no reutili-5vel)

! Inte,ridade $crescentar $crescentar uma parte aleat2ria ao inteiro 1ornar 1ornar a distribui*o de I$s v5lidos esparsa "arte aleat2ria inacessível ina cessível aos clientes

–

–

–

– 19 –


Modos de $cesso –

Controle Controle de acesso tem por base o I$ •

•

–

# ar%uivo compartilhado •

–

Uma chave ou 3capacidade7 (capabilit/) S2 fornecer I$ a %uem tem direito de acesso Dono precisa de direitos especiais

Incorporar seletividade na capacidade do I$ •

Incluir campo de permisso permisso no I$ proposto proposto – 20 –


Modos de $cesso –

its adicionais indicando permisso •

•

•

•

–

–

Leitura #scritaAtruncamento Bemover 6bterAde0nir permissGes

a cria*o& usu5rio pode tudo Durante LooPup (busca)& I$ retorna apenas com permissGes concedidas ao usu5rio – 21 –


Modelos de $r%uivos –

$r%uivos estruturados e no@estruturados •

–

$r%uivos estruturados (se%uHncia ordenada de re,istros) so raramente utili-ados& podendo ser inde4ado ou no@inde4ado. $ maioria dos S6Qs modernos utili-am ar%uivos no@estruturados.

$r%uivos modi0c5veis e no@modi0c5veis •

6 modelo mais usado E o modi0c5vel. $l,uns sistemas atuais utili-am o modelo no@ modi0c5vel %ue permite um compartilhamento consistente e assim facilita cachin, e rEplicas. – 22 –


Semntica de Compartilhamento –

uando h5 mais de um processo lendo eAou escrevendo em um ar%uivo •

•

–

Controle de concorrHncia (oPR) Semntica de compartilhamento

uatro tipos b5sicos de semntica •

•

•

•

Semntica UI Semntica de sesso $r%uivos imut5veis 1ransa*Ges 1ransa*Ges – 23 –


Semntica UI –

Um read %ue se,ue um Trite vH o valor escrito pelo Trite •

•

–

6bri,atoriedade de ordena*o total Sempre retorna o valor mais atual

Implementa*o f5cil •

Servidor central %ue processa re%uisi*Ges na ordem (l2,ica)

– 24 –


–

–

–

–

Semntica de sesso Bela4amento na semntica UI Mudan*as em um ar%uivo aberto so visíveis apenas ao processo %ue modi0ca o ar%uivo a r%uivo uando o ar%uivo E fechado& as mudan*as so visíveis para outros processos. 6 ar%uivo fechado E enviado de volta para o servidor #st5 errado •

•

o $mplamente implementado – 25 –


Semntica de sesso (continua*o) •

•

Servidor centrali-ado tra- problemas p roblemas de ,ar,alo e ponto central de falha 9ar,alo pode ser aliviado com uso de caches nos clientes Cliente@ lH o ar%uivo (coloca no cache) e altera al tera Cliente@V lH o ar%uivo  verso anti,a do ar%uivo 6 %ue acontece se dois ou mais clientes esto modi0cando um mesmo ar%uivo em suas caches 6 resultado 0nal depende do último close "ode@se usar uma re,ra arbitr5ria para decidir –

–

•

–

–

– 26 –


Semntica de ar%uivos no modi0cados •

•

"or %ue se preocupar $r%uivos no podem ser alterados –

•

# para alterar um ar%uivo –

–

•

$penas B#$D e CB#$1# enhum ar%uivo pode& ser alterado& mas pode@se criar um novo de forma atWmica $r%uivos so imut5veis& mas diret2rios no

"roblema "roblema ' se dois clientes dese=am dese =am trocar um ar%uivo no mesmo tempo –

Usa@se o último ou adota@se %ual%uer re,ra no determinística – 27 –


Semntica de transa*o •

1ratar 1ratar opera*Ges de forma forma atWmica Uma transa*o 1odas 1odas modi0ca*Ges nos ar%uivos so delimitados por um e,in e um #nd transaction Dois processos ao mesmo tempo 1ransa*Ges 1ransa*Ges permitem permitem concorrHncia concorrHncia Sistema fa- seriali-a*o –

–

•

–

–

– 28 –

S$D ! $spectos de Implementa*o

– 29 –

S$D ! Uso de Mem2ria Cache •

a mem2ria do servidor –

–

–

–

•

a mem2ria do cliente –

–

•

•

•

#limina transferHncia deApara disco em cada acesso Unidade de cache' ar%uivos inteiros: blocos uando a cache est5 cheia  Descartar informa*o mais anti,a 1ransparente 1ransparente para clientes  Sem problemas com consistHncia ante suas re%uisi*Ges Bedu- volume de acesso via rede #s%uemas'

Cache direto no processo do usu5rio Cache no núcleo do S.6. Cache em um processo separada a nível de usu5rio – 30 –

S$D ! Uso de Mem2ria Cache •

MEtodos de consistHncia de cache !rite throuh –

•

6pera*o de escrita E propa,ada instantaneamente –

•

•

6pera*Ges de escrita so propa,adas propa,adas em bloco (ap2s tempo 4). Melhor desempenho& mas risco de ambi,uidade na semntica (depende de timin,84>) –

•

•

!rite on close&

Semntica de sesso e%uivalente a sistemas centrali-ados centrali-ados –

•

Dela+ed ,rite

Centralized control

Semntica UI  1oda opera*o pode ser vista instantaneamente "erformance e escalabilidade comprometidas:

– 31 –

S$D @ Beplica*o •

SDs ,eralmente oferecem al,uma forma de replica*o de dados –

•

"or %ue –

–

–

•

Múltiplas c2pias do mesmo ob=eto $umentar con0abilidade @ a %uebra de um servidor no implica na perda de dados "ermitir "ermitir acesso mesmo na caso de falha  mesmo %ue um servidor no este=a disponível o acesso continua Diviso de car,a entre servidores  espalhar a car,a de trabalho em v5rios servidores

"rincipal problema' transparHn tr ansparHncia cia – 32 –


Beplica*o e4plícita –

–

"ro,ramador "ro,ramador fa- todo o 3trabalho su=o7 Servi*o de diret2rio pode permitir múltiplos I$s por ar%uivo Becupera todos no looPup uando for manipular& tenta se%uencialmente um por um dos I$s& atE conse,uir Funciona& mas E muito trabalhoso& e nada transparente •

•

–

– 33 –


Beplica*o atrasada –

–

$penas uma c2pia E feita em um servidor 6 servidor E respons5vel por... "ropa,ar atuali-a*Ges Selecionar outro servidor para atender& se ele no puder •

•

– 34 –


Beplica*o em ,rupos –

6pera*o de escrita E feita ao mesmo tempo em todos os n2s •

–

Multicast atWmico (tudo@ou@ nada)

$trasada 4 ,rupo •

•

Um servidor 4 ,rupo Se,undo plano 4 atWmica – 35 –

S$D ! #4emplos •

•

•

•

•

•

•

FS 9FS(9lobal FileS/stem) "FS (parallel virutal 0le s/stem) $FS ($ndreT FileS/stem) 9M$ILFS DFS C6D$ (Constant Data $vailabilit/) – 36 –

SD09 - Sistemas de Arquivos Distribuídos.ppt

Recommend Documents