Sistemas Distribudos tendncias em aplicaes e infraestrutura Alcides

Sistemas Distribuídos: tendências em aplicações e infra-estrutura Alcides Calsavara PUCPR PPGIa www. ppgia. pucpr. br/~alcides 12/5/2020 1

Sumário n n n A evolução do conhecimento em computação A evolução dos sistemas distribuídos Os benefícios de sistemas distribuídos Os problemas em sistemas distribuídos Os padrões para sistemas distribuídos O futuro da Web A computação em grade Os sistemas peer-to-peer (P 2 P) A computação móvel A computação ubíqua A pesquisa na PUCPR 12/5/2020 2

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 3

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 4

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 5

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 6

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 7

A evolução dos sistemas distribuídos principais eventos 12/5/2020 8

ARPANet n n n Advanced Research Projects Agency Network 1969 Departamento de Defesa dos EUA q bases militares e departamentos de pesquisa do governo q universidades e outras instituições que faziam trabalhos envolvidos à defesa primeira rede à base de comutação de pacotes q backbone subterrâneo q mainframes q NCP (Network Control Protocol) q compartilhamento de arquivos, acesso remoto, correio eletrônico precursora da Internet q ARPANet (academia) e MILNET (militar) q TCP/IP ( Transfer Control Protocol/Internet Protocol) – 1983 12/5/2020 9

Ethernet n n n n Protocolo para rede local de computadores Camadas física (1) e de enlace (3) da rede Xerox PARC, 1973, Robert Metcalfe inspirado na ALOHAnet: rede por rádio, Hawaii, anos 60 padrão de fato: DEC, Intel e Xerox, 1980 produção em escala: baixo custo computadores pessoais 12/5/2020 10

Internet n n n n DNS (Domain Name System) – 1984 FTP (File Transfer Protocol) – 1985 SNMP (Simple Mail Transfer Protocol) POP 3 (Post Office Protocol) IMAP (Internet Message Access Protocol) SSH (Secure Shell) VNC (Virtual Network Computing) computadores pessoais 12/5/2020 11

World Wide Web – WWW n n n CERN (Suíça) Tim Berners-Lee 1980: ENQUIRE q compartilhamento de informações sobre pesquisa q sistema de hipertexto (origem em 1960: Projeto Xanadu) 1990: World Wide Web q união com a Internet q sistema cliente-servidor q HTTP (Hyper. Text Transfer Protocol) q HTML (Hyper. Text Markup Language) q URI (Uniform Resource Identifier) 1993: q CERN libera a WWW q Navegador Mosaic, precursor do Netscape 12/5/2020 12

Motores de Busca n Information Retrieval q q q início: 1950 (aprox. ) formalização do conceito de hipertexto: 1970 consolidação: 1978 (aprox. ) n n modelos probabilísticos Yahoo! Altavista Google: q q 12/5/2020 alta disponibilidade desempenho escalabilidade baixo custo operacional 13

Colaboração na Internet n n n mensagem instantânea chat vídeo-conferência rede social (ex: Orkut) wiki 12/5/2020 14

Transmissão de Mídia n n n n canais de rádio e TV podcast voz/telefonia sobre IP (redes convergentes) Napster (1999 – 2002) Bit. Torrent – 2003 (Peer-to-Peer) e. Donkey – 2000 Ka. Za. A – 2002 12/5/2020 15

Internet – Número de Hosts 12/5/2020 16

Internet – Número de Servidores Web 12/5/2020 17

Internet – Mercado de Servidores Web 12/5/2020 18

Os benefícios de sistemas distribuídos 12/5/2020 19

Benefícios n n n n Comunicação de dados Compartilhamento de recursos Integração e cooperação Confiabilidade e disponibilidade Crescimento gradativo do poder computacional Relação custo/benefício Implantação de aplicações 12/5/2020 20

Os problemas em sistemas distribuídos 12/5/2020 21

Paradigma de programação n n processos e mensagens chamada remota de procedimento memória compartilhada distribuída eventos (publish/subscribe) 12/5/2020 22

Depuração de aplicações distribuídas n n n difícil reprodução de erros teste isolados e testes de integração ambientes de simulação alto custo de desenvolvimento alto custo de manutenção 12/5/2020 23

Confiabilidade e disponibilidade do meio n n n falhas de rede falhas de processadores falhas q q n fail-silent bizantinas redundância: alto custo q q 12/5/2020 física lógica 24

Segurança do meio n ataques q q acessam serviços que atendem via rede exploram fragilidades de código n n q n n n alteram o código do serviço instalam código “maléfico” ao sistema fazem sobrecarga de requisições criptografia assinatura digital autenticação autorização firewalls 12/5/2020 25

Desempenho das aplicações n n n latência não-determinismo exigências de tempo real q 12/5/2020 sincronismo de eventos 26

Consistência das aplicações n n sincronismo de relógios físicos sincronismo de eventos (relógios lógicos) atomicidade no envio de mensagens acesso concorrente q q n n compartilhamento de recursos servidores multi-threaded transação distribuída tolerância a falhas q q 12/5/2020 backward recovery forward recovery 27

Escalabilidade dos sistemas n desempenho estável q q q n crescimento no número de usuários crescimento no volume de dados crescimento no volume de requisições técnicas básicas q q 12/5/2020 replicação cache 28

Heteregoneidade n n n protocolos de rede sistemas operacionais linguagens de programação 12/5/2020 29

Transparência n n n acesso localização falha replicação migração concorrência desempenho paralelismo escalabilidade persistência transação 12/5/2020 30

Os padrões para sistemas distribuídos 12/5/2020 31

Padrões n n TCP/IP e serviços de rede CORBA q q q n n objetos distribuídos integração de sistemas heterogeneidade Microsoft DCOM (. NET) SUN Java World Wide Web XML 12/5/2020 32

O futuro da Web 12/5/2020 33

O futuro da Web n SOA (Service Oriented Architecture) q q n integração de sistemas desenvolvimento de aplicações baseado na composição de serviços Semantic Web q q W 3 C documentos estruturados semanticamente ferramentas de busca mais eficazes aplicações mais sofisticadas n n 12/5/2020 descoberta de conhecimento negociação eletrônica 34

A computação em grade 12/5/2020 35

A computação em grade n n n grid computing computação paralela agregação dinâmica de recursos autônomos q q q n disponibilidade capacidade desempenho custo requisitos de qualidade de serviço Datagrid (CERN), BIRN (Europa), Sprace (USP) 12/5/2020 36

Os sistemas peer-to-peer 12/5/2020 37

Peer-to-Peer (P 2 P) n compartilhamento de mídia q q q n n Bit. Torrent Gnutella Freenet independência de servidores todos os nós servem e são servidos rede ad hoc, isto é, dinâmica conversão de aplicações cliente-servidor q q 12/5/2020 web email 38

A computação móvel 12/5/2020 39

Evolução tecnológica n redes sem fio q q n GSM Wave. LAN Hiper. LAN Bluethooth computadores portáteis q q q 12/5/2020 laptops PDAs (Personal Digital Assistants) telefones móveis de terceira geração relógios cameras smartcards 40

Características e problemas n n localização de dispositivos muda continuamente conectividade flutuante: perdas temporárias de acesso à rede ao se mover q q q n dispositivos com poucos recursos: q q n área sem cobertura área com grande interferência dispositivos na mesma célula compartilham banda de rede pouca bateria CPU de baixa velocidade pouca memória tela pequena dispositivos precisam regir freqüentemente a mudanças de ambiente q q q 12/5/2020 alta variação de banda de rede alta variação de recursos condições de contexto 41

Aplicações típicas n n acesso a informação pessoa a todo tempo, em qualquer lugar sessões de conexão são curtas necessidade de descobrir outros hosts de maneira ad hoc redes de veículos (VANET) 12/5/2020 42

Contexto de execução n interno ao dispositivo q q n externo ao dispositivo q q q n quantidade de memória tamanho da tela banda de rede qualidade da conexão de rede localização de hosts e serviços na proximidade extremamente dinâmico q q hosts pode entrar e sair rapidamente localização não é mais fixa banda e qualidade de rede podem variar bastante de acordo com a localização busca de serviços é mais complexa na ausência de uma infra-estrutura fixa n anúncio de serviços via broadcast: q q 12/5/2020 envio e recebimento consome energia inundação da rede com mensagens 43

Context-aware systems Transparency 12/5/2020 Context awareness 44

A computação ubíqua 12/5/2020 45

A computação ubíqua n computação pervasiva q q n n n ubiquitous computing pervasive computing mobilidade ausência de controle administrativo humano dispositivos descobrem e se adaptam automaticamente ao seu ambiente q q q 12/5/2020 mudanças contextuais composição ad hoc compartilhamento como padrão 46

A computação ubíqua n sistemas domésticos q q q n sistemas para tratamento de saúde q q n aparelhos de TV equipamentos de áudio e vídeo dispositivos para jogos smart phones PDAs monitoramento coleta de dados sinais de alerta ações dos médicos redes de sensores q q 12/5/2020 malhas com dezenas a centenas de milhares de nós pequenos comunicação sem fio, com bateria limitada sensores de medição, vigilância complexidade: topologia, roteamento, falhas, agregação de dados 47

A pesquisa na PUCPR 12/5/2020 48

Graduate Program in Computer Science PPGIa - PUCPR Overview March 2007 12/5/2020 49

PUCPR n Pontifical Catholic University of Paraná State q q n Born in 1948 Private university Non-profit organization Hold by the Marist Congregation 5 campi in the Paraná state, southern Brazil q q q 12/5/2020 Curitiba (main campus) São José dos Pinhais (30 Km) Londrina (370 Km) Maringá (450 Km) Toledo (555 Km) 50

PUCPR n University - some numbers: q q q q 12/5/2020 5 campi 54 under-graduate courses 12 Master of Sciences courses 7 Doctorate courses 140 specialization courses ~27. 000 students ~1. 200 teachers 51

PPGIa n Graduate Program in Computer Science n MSc level: q q n Started in August 1996 Recognized by CAPES/MEC in 1997 Reached CAPES level 4 in 2004 Produced ~140 dissertations Ph. D level: q q q 12/5/2020 Started in August 1998 Recognized by CAPES/MEC in 2006 Produced 7 thesis 52

Goals n To promote the scientific and technologic research n To produce highly skilled professionals able to work in research, development, and inovation activities. 12/5/2020 53

People n n 19 permanent teachers/researchers 1 external teacher/researcher 12/5/2020 54

Students n MSc (111) / Ph. D (9) q q q 2005: 28 MSc students 2006: 59 MSc students 2007: 24 MSc students 9 Ph. D students 12/5/2020 55

Research teams n n n Software agents Forensic computing and biometry Knowledge discovery and machine learning Computer and telecom networks Distributed systems Computer Vision 12/5/2020 56

Infrastructure n n n n 5 research labs Machine room Meeting room Teachers’ offices Ph. D students offices Secretary / Library Teaching labs 12/5/2020 57

Some results n n n 144 MSc dissertations 7 Ph. D thesis In 2005: 12 papers in journals, 70 papers in conferences, and 2 book chapters. In 2006: 9 papers in journals, 66 papers in conferences. Several projects financed by FINEP, CNPq, CAPES, Araucária Foundation, etc. 12/5/2020 58

Some highlights n Our program has level 4 in the CAPES evaluation (scale range 1 -7). n It is the only Ph. D program in Computer Science in Paraná state (there are only 3 Ph. D programs in this area in southern Brazil). n In Brazil, there are only 14 Ph. D programs recognized by CAPES (Education Ministry) 12/5/2020 59

PPGIA PUCPR Distributed Systems Research group -July 200712/5/2020 60

Members n 4 teachers/researchers q q n Alcides Calsavara (Newcastle UK, 1996) Altair Santin (EEL/UFSC – Brasil, 2004) Carlos Maziero (IRISA – France, 1994) Luis Lima Jr (INT/Évry – France, 1998) 30 MSc students, 3 Ph. D students 12/5/2020 61

Research interests Distributed systems Operating systems 12/5/2020 Systems security 62

Research topics n n n Middleware and distributed objects Computer systems security models Peer-to-peer networks Fault and intrusion tolerance Internet services 12/5/2020 63

Recent research projects n n n Virtuosi: a virtual machine environment for distributed mobile objects ACME: a distributed intrusion tolerant mail server SAMD: A Middleware with semi-reliable multicast for distributed multimedia applications COLMEIA: Middleware reliability for large-scale distributed systems Rec. Din: Dynamic reconfiguration of replication in open systems TFSA: Free platform for developing fault-tolerant applications in open systems 12/5/2020 64

MSc dissertations (2005 -2007) n n n n A flexible infrastucture for fault tolerance in service-oriented architectures Trustmail: a trust model for mail servers Jaco. Web/ABC: integration of the UCON usage control model in Corba. Sec Adding discritionary behavior to the BIBA multilevel integrity model (low-watermark) Dynamic control of resources in operating systems A model for the composition of intrusion detectors based on fuzzy sets Object substitution in Internet caches using a vectorial model for the semantic comparison of the information Object substitution in Internet caches based in semantics and access history Remote method invocation mechanism in virtual machines Concurrency control for electronic games based on virtual machines A public key model for authenticity, access control, and reputation in P 2 P networks Web 2 peer: a P 2 P based infrastructure for the publication of web pages Semi-reliable multicast for large scale multimedia applications 12/5/2020 65

Journal papers 2005 -07 1. 2. 3. 4. 5. 6. 12/5/2020 LAUREANO, MAZIERO, JAMHOUR. Protecting Host-Based Intrusion Detectors through Virtual Machines. Computer Networks (Elsevier), 2007. CORREIA, NEVES, LUNG, VERÍSSIMO. Worm-IT - A Wormhole-based Intrusion-Tolerant Group Communication System. Journal of Systems and Software, Elsevier, 2007. BORUSCH, LUNG, BESSANI, FRAGA. Integração das Especificações ROMIOP e ETF para Difusão Atômica no CORBA. REIC. Revista Eletrônica de Iniciação Científica, v. IV, p. 1 -15, 2006. CALSAVARA, BORGES, NUNES, VARIANI, KOLB. An Object Model for Interoperable Systems. Journal of Universal Computer Science, Áustria, 2006. CORREIA, NEVES, LUNG, VERÍSSIMO, . Low Complexity Byzantine. Resilient Consensus. Distributed Computing, ACM – Springer, 2005. WANGHAM, FRAGA, RABELO, LUNG. Secure Mobile Agent System and its Application in the Trust Building Process of Virtual Enterprises. Multiagent and Grid Systems, IOS Press. Amsterdam, v. 1, n. 3, p. 147168, 2005. 66

About visibility n PC chair q q LADC 05 SBSeg 05 WTF 06 WTF 07 n Conf chair q n Cooperation q q n PC member (2007) q q 12/5/2020 ICC, IWCMC, CNIS, WRAITS, ICDCS, WASA, LADC SBRC, SBSeg, WSO, WTF, WP 2 P q n SBRC 06 LASIGE, Univ Lisbon DAS, UFSC EMOOSE, EMN Other q IFIP TC 11 Brazil repr. 67

A evolução do conhecimento em computação Aplicações Tecnologia Pesquisa aplicada Pesquisa pura 12/5/2020 68

Perguntas? alcides@ppgia. pucpr. br www. ppgia. pucpr. br/~alcides 12/5/2020 69