Sistemi Informativi
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Architetture dei sistemi distribuiti
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Sommario
Architetture multiprocessore
Architetture client server
Architetture a oggetti distribuiti
Calcolo interoganizzativo
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Sistemi distribuiti
• Sistemi in cui l’elaborazione delle informazioni è
distribuita su diversi computer
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Condivisione delle risorse
Apertura
Simultaneità
Scalabilità
Fault tolerance
Vantaggi
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•
Complessità
Protezione
Gestibilità
Non prevedibilità
Svantaggi
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Architetture multiprocessore
• Il software consiste in una serie di processi che possono essere
eseguiti su processori separati
• Tipico nei sistemi real time:
– Sistemi che raccolgono le informazioni in base alle quali prendono
decisioni e inviano segnali agli attuatori che modificano l’ambiente del
sistema
– I processi possono essere eseguiti su un unico processore sotto il
controllo di uno scheduler
– L’uso di processori multipli ( non obbligatorio) migliora le prestazioni del
sistema
– La ripartizione dei processi è determinata da un dispatcher
• Es. sistema di controllo del traffico
• I sistemi composti da processi multipli non sono necessariamente
dei sistemi distribuiti
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Architetture
• Tipi di architetture di sistema
– Client server:
• Il sistema può essere considerato come un insieme di servizi forniti
ai client che ne fanno uso
– A oggetti distribuiti
• Il sistema è un insieme di oggetti interagenti in cui non c’è
distinzione tra fornitore e utente di servizi
– Peer-to-peer: utilizzate principalmente per sistemi personali
– A servizi distribuiti
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middleware
“software di mezzo”
• Un sistema distribuito necessita di un software che
gestisca le diverse componenti di un sistema distribuito
– Le diverse componenti possono essere implementate in linguaggi
di programmazione diversi ed eseguiti su differenti tipi di
processore
Il middleware deve gestire la comunicazione e lo scambio
di dati tra le diverse componenti
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Architetture client server
• Un’applicazione viene modellata come un insieme di
servizi forniti da un server e un insieme di client che li
utilizza
– Client, server
• identificano i processi logici (possono essere utilizzati per
individare i processori su cui i processi sono eseguiti)
– Client:
• devono conoscere i server disponibili
• Non sanno dell’esistenza di altri client
– Server:
• Diversi processi server possono essere eseguiti su un singolo
processore server
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Struttura logica dell’applicazione
• Un’applicazione è strutturata in 3 strati :
– Presentazione:
• Rappresentazione dei dati e interazioni con l’utente
– Elaborazione applicativa:
• Implementa la logica dell’applicazione
– Gestione dei dati:
• Esegue tutte le operazioni sul database
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Architettura client server e struttura
logica dell’applicazione
• Se si sta progettando un sistema distribuito ogni strato
dell’applicazione dovrebbe essere distribuito su un
computer diverso
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• A due livelli
– Thin-client
– Fat-client
• A tre livelli
• A livelli multipli
Architetture client server
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Architettura two-tier
È un’applicazione organizzata in un server (o diversi server
identici) e un insieme di client
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Thin client
• Tutte le elaborazioni applicative e la gestione dei dati
sono gestite dal server
• Il client si occupa soltanto di eseguire il software di
presentazione
– Esempio
• un sistema centralizzato ereditato
– L’interfaccia viene migrata verso PC, l’applicazione funge da server e
gestisce tutte le elaborazioni applicative e le gestioni dei dati
• I client sono semplici dispositivi di rete (anziché dei pc), il
dispositivo usa un browser internet e l’interfaccia è implementata
tramite tale sistema
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Svantaggi del thin client
• Pesante carico di lavoro sul server e sulla rete
• La potenza di elaborazione dei dispositivi client viene
sprecata
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Fat client
• Client:
– elaborazione della logica dell’applicazione
– Presentazione
• Server:
– È un server di transazione che gestisce le transazioni al database
• Esempio
– Bancomat, lo sportello è il client, il server è un mainframe che
gestisce il database dei conti dei clienti, l’hardware dello
sportello esegue molte delle elaborazioni relative al cliente
associate a una transazione, lo sportello non si connette
direttamente al database ma a un monitor di telelaborazione , un
middleware che organizza le comunicazioni con i client e
serializza le transazioni
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Svantaggi del fat client
• La gestione del sistema è più complessa:
– Le funzionalità dell’applicazione sono divise su diversi computer
– Quando deve essere modificato il software è necessario
reinstallare su ogni computer client
– Costi notevoli
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Svantaggi del two-tier
• Gli strati logici sono mappati su due soli sistemi
– Problemi di scalabilità e prestazioni ( nel thin client)
– Problemi di gestione del sistema ( nel fat client
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Architettura three-tier
• La presentazione, l’elaborazione applicativa e la gestione
dei dati sono processi logicamente separati ed eseguiti
su processori diversi
– Esempio
• Un sistema di internet banking: il database dei clienti, mainframe
fornisce i servizi di gestione dei dati, un server web fornisce i servizi
applicativi estratti conto, invio di pagamenti, ecc, il computer
dell’utente, dotato di un browser internet è il client
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Vantaggi dell’architettura three-tier
• Ottimizzazione del trasferimento delle informazioni tra il
server web e il server database: è possibile usare un
protocollo veloce di basso livello
• Utilizzo di un middleware efficiente per recuperare le
informazioni dal database
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Architettura multi-tier
• Il modello three-tier può essere esteso ad un modello
multi-tier in cui sono presenti server aggiuntivi:
• Usato quando le applicazioni devono accedere e
utilizzare dati di database diversi
• Tra il server applicativo e i server database si posiziona
un server di integrazione che raccoglie i dati distribuiti e
li invia all’applicazione come se provenissero da un unico
database
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3-multitier vs 2-tier
• Maggiore scalabilità:
– le architetture 3 e multi tier distribuiscono l’elaborazione
applicativa su diversi server:
• sono più scalabili delle architetture a due livelli
• Minor traffico di rete
– rispetto alle thin-client
• Facilità nell’aggiornamento della parte applicativa
(essendo posizionata centralmente)
• Risposta più rapida alle richieste dell’utente (essendo
l’elaborazione distribuita sui server applicativo e
database)
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Uso delle diverse applicazioni client
server
• Due livelli thin-client:
– Sistemi ereditati in cui non è attuabile la separazione tra l’elaborazione
applicativa e la gestione dei dati
– Applicazioni di calcolo intensivo ( es. compilatori) con minima gestione
dati
– Applicazioni dati intensivi con elaborazione applicativa inesistente
• Due livelli fat-client
– Elaborazione applicativa fornita da software off-the shelf( es. foglio di
calcolo)
– Elaborazione di calcolo intensivo di dati ( es. visualizzazione)
– Funzionalità end-user stabili e realizzare in un ambiente con gestione
del sistema ben salda
• Tre o multi livelli
– Applicazioni su vasta scala con centinaia o migliaia di client
– Dati e applicazioni volatili
– Dati integrati da sorgenti multipli
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Limiti del modello client server
• Scarsa flessibilità del progetto:
– Occorre decidere dove bisogna fornire i servizi
• Progettare la scalabilità
• Fornire mezzi per distribuire il carico tra diversi server in
caso di aggiunta di nuovi client
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Architetture a oggetti distribuiti
• I componenti fondamentali sono oggetti che dotano di
un’interfaccia un insieme di servizi da essi forniti
– Altri oggetti richiamano questi servizi
• Non vi è distinzione logica tra client e server
• Gli oggetti possono essere distribuiti su diversi computer
di una rete e comunicare attraverso un middleware che
fornisce un’interfaccia trasparente tra gli oggetti, Object
Request Broker, ORB
• Un insieme di servizi permette agli oggetti di comunicare
e di essere aggiunti e rimossi dal sistema
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•
•
•
•
•
Vantaggi del modello
Ritardare le decisioni su dove e come collocare i servizi
architettura molto aperta
Flessibile
Scalabile
È possibile riconfigurare il sistema dinamicamente
attraverso la migrazione di oggetti sulla rete
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Esempio
Un’applicazione di vendita al dettaglio può essere strutturata secondo approcci differenti:
1.
usando un modello logico di architettura ad oggetti distribuiti:
–
–
•
1.
2.
1.
2.
•
Le funzionalità del sistema sono fornite in termini di servizi o combinazione di servizi
(es. controllo delle scorte, dell’ordine, delle merci ecc.)
Forniti usando una serie di oggetti distribuiti, oggetti business forniscono servizi specifici
del dominio, domain specific
Tale modello logico può essere realizzato come modello di implementazione
Usando un approccio ad oggetti distribuiti per implementare un sistema client
server:
Il modello logico è un modello client server ma sia client che server sono realizzati
come oggetti distribuiti che comunicano attraverso un software bus
Il sistema è facilmente modificabile, es passare da un’architettura two tier ad una three
tier
Il server o i client possono essere implementati come singolo oggetto distribuito ma
essere composti da oggetti più piccoli che forniscono specifici servizi
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Altri esempi
Sistemi in cui le architetture ad oggetti distribuiti sono
indicate:
Sistemi data mining
catena di negozi al dettaglio con vendita di generi
alimentari e di arredamento che vuole cercare relazioni
tra gli acquisti:
Ogni database può essere incapsulato in un oggetto
distribuito con un’interfaccia che fornisce accesso di
sola lettura ai prpri dati
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oggetti distribuiti vs client server
• Le architetture a oggetti distribuiti sono più complesse
da progettare
• I sistemi client server riflettono il modo naturale di
pensare ai sistemi,
• Riproducono molte transazioni umane in cui gli utenti
richiedono e ricevono servizi da altri utenti specializzati
in tali servizi
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Implementazione di un’architettura a
oggetti distribuiti
• Richiede un middleware per gestire la comunicazione tra
gli oggetti distribuiti
– il middleware è detto Object Request Broker (ORB)
• Gli oggetti possono essere implementati utilizzando
linguaggi di programmazione diversi, eseguiti su
piattaforme diverse e non aver bisogno di conoscere tutti
i nomi degli altri oggetti del sistema
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Il middleware
• Il middleware deve garantire la comunicazione
trasparente tra gli oggetti:
È richiesto a due livelli:
• Comunicazione logica:
– fornisce funzionalità che permettono agli oggetti su computer
diversi di scambiarsi dati e controllare le informazioni
• Standard sviluppati sono CORBA, COM per facilitare la
comunicazione tra oggetti su piattaforme diverse
• Componenti:
– Il middleware fornisce una base per lo sviluppo di componenti
compatibili
• Standard come EJB, CORBA, ActiveX forniscono una base per
l’implementazione di componenti con metodi standard che possono
essere interrogati e utilizzati da altri componenti
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Calcolo distribuito inter-organizzativo
• Calcolo distribuito
– Un’organizzazione ha un insieme di server sui quali distribuire il
carico
– i server sono tutti collocati nella stessa organizzazione
– Possono essere applicati standard e processi operativi interni
– I client hanno il limitato compito dell’esecuzione dell’interfaccia
utente (per i sistemi web-based)
• Nuovi modelli di calcolo distribuito
– Peer-to-peer (p2p)
• Basato sull’esecuzione del calcolo da parte di nodi di rete individuali
– orientato ai servizi
• Basato su standard per lo scambio di dati
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Architetture peer-to-peer
• Sono sistemi decentralizzati dove i calcoli possono essere
eseguiti da ogni nodo della rete e non ci sono distinzioni
tra client e server.
• Il sistema generale viene progettato per trarre vantaggio
dalla potenza di calcolo e della memoria disponibile su
una vasta rete di computer
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Applicazioni del peer-to-peer
• usate per lo più per:
– sistemi personali
• Condivisione di file, sistemi di messaggeria istantanea
• Fornire comunicazione diretta tra utenti senza utilizzare un server
intermedio
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Prospettive sul p2p
• L’architettura logica della rete è l’architettura di
distribuzione del sistema
• L’architettura dell’applicazione è l’organizzazione
generica dei componenti all’interno di ogni tipo di
applicazione
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• Architetture
– decentralizzate
– Semi-centralizzate
Architettura logica del p2p
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Architettura decentralizzata
• Ogni nodo della rete può essere a conoscenza di ogni
altro nodo e può connettersi ad esso per scambiare dati
– Nella pratica, però, i nodi vengono organizzati in “località” con
alcuni nodi che fungono da ponte ad altre località
• I nodi della rete non sono solo elementi funzionanti, ma anche
commutatori di comunicazione che indirizzano i dati e i segnali di
controllo da un nodo all’altro
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Vantaggi/svantaggi
• Ridondanza
– Tolleranza agli errori e ai nodi che si disconnettono dalla rete
• Overhead del sistema:
– La stessa ricerca può essere elaborata da diversi nodi con
aumento della comunicazione tra diversi peer
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Architettura semi-centralizzata
• Uno o più nodi fungono da server per semplificare la
comunicazione tra i nodi
• Un server aiuta a stabilire il contatto tra i nodi della rete
e a coordinare i risultati del calcolo
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P2p vs service oriented
• P2p più efficiente
• Problemi: protezione fiducia
• Preferibili in applicazioni non critiche con relazioni di
lavoro già esistenti tra le organizzazioni
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Architetture orientate ai servizi
• Web-service
– Una rappresentazione standard di risorse elaborative o
informative che può essere utilizzata da altri programmi
• Usando un web-service le organizzazioni che vogliono rendere
accessibili le proprie informazioni ad altri programmi possono farlo
definendo e pubblicando un’interfaccia di servizio che specifica i dati
disponibili e come accedervi
• Un webservice è un’istanza della più generica nozione di servizio:
– Un atto o una prestazione offerta da un parte a un’altra
[Lovelock, 1996]
La sua erogazione è indipendente dall’applicazione che sta usando il
sistema
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Modello di servizio
• Un fornitore offre un servizio definendo la sua interfaccia
e implementandone la sua funzionalità
• Un richiedente si collega al servizio dalla propria
applicazione che deve includere codice per richiamare
quel servizio e per elaborarne i risultati
• Per assicurarsi che il servizio sia accessibile agli utenti
esterni, il fornitore inserisce un record in un registro dei
servizi che comprende informazioni sul servizio e su cosa
fa
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Modello service oriented vs modello
distributed-object
I servizi possono essere offerti da ogni fornitore di servizio dentro o fuori
un’organizzazione
I fornitori di servizio rendono pubbliche le informazioni sul servizio in modo che
qualsiasi utente autorizzato possa utilizzarlo
–
Fornitore ed utente non devono negoziare cosa il servizio fa
–
Le applicazioni possono cambiare fornitore di servizio dinamicamente mentre il servizio è in
esecuzione
Le applicazioni possono attendere il collegamento ai servizi finchè non sono
consegnati o fino all’esecuzione
Un fornitore può riconoscere nuovi servizi che possono essere creati collegando i
servizi esistenti in modo innovativo
Gli utenti possono pagare i servizi a seconda dell’utilizzo anziché della fornitura
–
Anziché acquistare un componente costoso, l’utente può utilizzare un servizio esterno che
pagherà solo quando necessario
Le applicazioni possono essere più piccole poiché possono implementare la gestione
delle eccezioni come servizio esterno
Le applicazioni possono essere reattive e adattarsi alle variazioni dell’ambiente
collegandosi a diversi servizi
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Vantaggi/svantaggi
• Architetture debolmente accoppiate
– I collegamenti ai servizi possono cambiare durante l’esecuzione
• Sviluppo basato su standard
– Standard sviluppati solo di recente
