Tendencias de Sistemas distribuidos


Hoy en dia, y gracias a la tecnologia, "el termino centralizado" esta desapareciendo, con la llegada de la redes de ordenadores podemos compartir recursos sin procuparnos de la ubicacion geografica de la otra persona, podemos manejar ordenadores como si estubiesemos trabajano fisicamente en ellos, ademas de transmitir informacion o escribir cartas que llegan al receptor en lapsos de tiempo minimos.

Un sistema distribuido, es un sistema en el cual se encuentran varias CPU, interconectadas entre si, trabajando de manera conjunta, fueron diseñados para que un buen numero de usuarios trabajen juntos. En esta clase de sistemas los dispositivos que se encuentran conectados a la red, se comunican y se coordinan atraves del paso de mensajes. En los siguientes bloques de informacion hablaremos de las tendecias de los sistemas distribuidos.

ARQUITECTURA MULTIPROCESADOR.


El ordenador que cuenta con dos o más microprocesadores, que son un conjunto de circuitos electrónicos altamente integrados para el cálculo y control computacional es denominado multiprocesador. El microprocesador puede ejecutar simultáneamente varios hilos de un mismo proceso.

Los ordenadores multiprocesador presentan problemas de diseño, derivados del hecho de que 2 programas se ejecuten simultáneamente y potencialmente pueden interferirse entre si. Por ellos existen dos arquitecturas que resuelven dichos problemas

                                                    Arquitectura SMP (Uma)

                                                   Arquitectura DSM (Numa.)

Arquitectura SMP (Uma)

Los multiprocesadores simétricos (Symmetric Multiprocessor) son ordenadores con arquitectura de memoria compartida que presentan en la memoria principal un acceso simetrico desde cualquier procesador, es decir, el retardo en el acceso a cualquier posición de memoria es el mismo con independencia del procesador desde el que se realice la operación o tarea, dicha arquitectura es denominada como “Acceso Uniforma a Memoria” (UMA) y se lleva acabo con una memoria compartida pero centralizada. Estos multiprocesadores dominan el volumen como el capital invertido. Esta arquitectura a su vez se encuentra dividida en:
SMP con bus
SMP escalable .
Arquitectura DSM (Numa).
La memoria compartida distribuida o DSM es una abstracción que se propone como alternativa a la comunicación por mensajes. Los multiprocesadores de memoria compartida y distribuida (DSM o Distributed Shared Memory), son ordenadores MIMID, en los cuales la memoria esta distribuida entre los nodos. Tomando en cuenta que el espacio de direccionamiento es global, el acceso a memoria principal es asimétrico. Esta arquitectura de memoria que se genera en retardo de acceso dependiente tanto la posición de memoria como el procesador se denomina Acceso No Uniforme a Memoria (NUMA), hace su aparicion cuando la memoria compartida esta distribuida entre los nodos. De esta manera, se mejora el retardo medio de acceso a memoria, ya que en cada ordenador los accesos a posiciones de su memoria local presentan un retardo sensiblemente inferior al caso en que es accedido a posisicones de memoria en otros ordenadores. Esta clase de ordenadores con arquitectura NUMA presentas escalabilidad. Propone un espacio de direcciones de memoria virtual que integre la memoria de todas las computadoras del sistema, y su uso mediante paginación. Las páginas quedan restringidas a estar necesariamente en un único ordenador. Cuando un programa intenta acceder a una posición virtual de memoria, se comprueba si esa página se encuentra de forma local. Si no se encuentra, se provoca un fallo de página, y el sistema operativo solicita la página al resto de computadoras. El sistema funciona de forma análoga al sistema de memoria virtual tradicional, pero en este caso los fallos de página se propagan al resto de ordenadores, hasta que la petición llega al ordenador que tiene la página virtual solicitada en su memoria local. A primera vista este sistema parece más eficiente que el acceso a la memoria virtual en disco, pero en la realidad ha mostrado ser un sistema demasiado lento en ciertas aplicaciones, ya que provoca un tráfico de páginas excesivo. De la misma manera que la arquitectura SMA se divide en:
                                                               ccNUMA
                                                               docNUMA
                                                               COMA
                                                               SVM 

SISTEMAS DISTRIBUIDOS QUE INTEGRAN ARQUITECTURAS MULTIPROCESADOR

Sistema realmente distribuido.- El objetivo es crear la ilusión en la mente de los usuarios de que toda la red es un solo sistema de tiempo compartido.

Características:

Debe existir un Mecanismo de comunicación global entre los procesos (cualquiera puede hablar con cualquiera).
No tiene que haber distintos mecanismos en distintas máquinas o distintos mecanismos para la comunicación local o la comunicación remota.
Debe existir un esquema global de protección
La administración de procesos debe ser la misma en todas partes (crear, destruir, iniciar, detener)
Debe existir un sistema global de archivos y debe tener la misma apariencia en todas partes.
El razgo clave es que existe una sola cola para una lista en el sistema, de los procesos que no se encuentran bloqueados y que estan listos para su ejecución. Dicha cola de ejecucion de procesos se encuentra alamacenada en la memoria compartida.
Cuando los procesos que se encuentran en la cola listos para su ejecución son asignados a los procesadores de la siguiente manera:
1.- Encuentra que el cahe del procesador esta ocupad, por palabras de memoria compartida que contiene al programa del proceso anterior.
2.- Despues de un pequeño intervalo de tiempo, se remplazara por el código y los datos del programa del proceso que le ha sido asignado a dicho procesador.

APLICACIONES DE MULTIMEDIA EN SISTEMAS DISTRIBUIDOS
Aplicaciones Multimedia.- Son las últimas incorporaciones a los sistemas distribuidos. Estas aplicaciones imponen ciertas necesidades de hardware para poder tener una velocidad y regularidad de transferencia de una gran cantidad de datos.

Las aplicaciones multimedia generan y consumen caudales de datos continuos en tiempo real. Éstos contienen grandes cantidades de audio, vídeo y otros elementos de datos dependientes del tiempo, y resulta esencial el procesamiento y la entrega a tiempo de los elementos individuales de datos. En un sistema distribuido abierto, las aplicaciones multimedia pueden ser iniciales y utilizadas sin anuncio previo. Pueden coexistir varias aplicaciones en la misma red e incluso en la misma estación de trabajo.

Por lo tanto, la necesidad de la gestión de la QoS (calidad de servicio, Quality of Service)surge independientemente de la cantidad total de ancho de banda de los recursos o de capacidad de memoria de un sistema. Se necesita gestionar la QoS para gestionar para garantizar que las aplicaciones serán capaces de obtener la cantidad de recursos necesarios en los momentos requeridos, incluso cuando otras aplicaciones estén compitiendo por esos recursos.

Multimedia basado en web: estas aplicaciones proporcionan acceso según el mejor esfuerzo a caudales de audio y vídeo publicados en la web. Han tenido éxito cuando existe poca o ninguna sincronización de los caudales de datos entre diferentes localizaciones. Sus prestaciones están restringidas por el limitado ancho de banda y por las latencias variables que se dan en las redes actuales y por la imposibilidad de los S.O. actuales para soportar una planificación de tiempo real de los recursos. En el caso de audio y de las secuencias de audio y vídeo de baja calidad, la utilización extensiva de almacenamiento en el destino para suavizar las variaciones en el ancho de banda y en la latencia hace que se puedan reproducir secuencia de vídeo de forma continua y sin sobresaltos, aunque exista un retardo desde el origen al destino hasta varios segundos.

Telefonía de red y conferencias de audio: esta aplicación tiene unos requisitos de ancho de banda relativamente bajos, especialmente cuando se aplican técnicas de compresión eficiente. Aunque la naturaleza interactiva de la misma implica tiempos de ida y vuelta pequeños, algo que no siempre se puede conseguir.
Servicio de vídeo bajo demanda: éstos proporcionan vídeo en formato digital desde grandes sistemas de almacenamiento hasta la herramienta de visualización del usuario. Resultan satisfactorios cuando existe suficiente ancho de banda dedicado, y tanto el servidor como el cliente son computadores dedicados. También emplean una cantidad considerable de almacenamiento en el destino.


Además de videoconferencia, televigilancia, juegos multiusuarios y enseñanza asistida por ordenador. 

Configuracion de Arquitecturas Raid (Redundant Array of Independent Disks (RAID)


RAID se traduce como Arreglo Redundante de Discos Independientes (Redundant Array of Independent Disks) y representa uno de los componentes vitales --sin mencionar que constituye uno de los diseños más comunes-- de los sistemas de almacenamiento existentes en la actualidad. Como su nombre lo indica, la arquitectura RAID se refiere al almacenamiento de los datos de forma distribuida con la intención de contar con una "copia" de los mismos.

RAID es el método que se usa para expander información en diversos discos utilizando técnicas como el vaciado del disco (RAID Nivel 0), la creación de réplicas del disco (RAID nivel 1) y el vaciado del disco con paridad (RAID Nivel 5) para obtener redundancia, menos latencia y/o aumentar el ancho de banda para leer o escribir en discos y maximizar así la posibilidad de recuperar información cuando el disco duro no funciona.
TECNOLOGIA RAID
La tecnología RAID utiliza una arquitectura que protege y restaura los datos, tras la sustitución de un disco averiado se realiza la reconstrucción de los datos a partir de la información almacenada. El nuevo disco refleja todas las transacciones realizadas anteriormente y durante la falla. Al mantener la integridad de los datos mientras se sustituye la unidad averiada y se regeneran los mismos, la batería de discos RAID impide su pérdida.
A continuación se describen los siete niveles de la tecnología RAID:
Nivel 0. Este nivel no incorpora redundancia de datos sin embargo,almacena y recupera los datos con más rapidez que el almacenamiento de datos en serie en un único disco, gracias al empleo de una técnica denominada distribución de datos que mejora la velocidad de transferenciade datos del disco. Su inconveniente es que no resuelve el problema de la fiabilidad pues los datos no se almacenan de manera redundante.
Nivel 1. La configuración del nivel 1 de RAID (o discos espejo) incluye dos unidades de disco: una unidad de datos y una unidad de réplica. Cuando se escriben datos en una unidad también se escriben en la otra. El discoredundante es una réplica exacta del disco de datos por lo que se le conoce también como disco espejo. Los datos pueden leerse en cualquiera de las dos unidades de forma que si se avería la unidad de datos es posible acceder a la unidad de réplica con lo que el sistema puede seguir funcionando. Este nivel de RAID constituye la mejor opción para aplicaciones que conllevan un gran número de operaciones de escritura, sin embargo, su principal inconveniente es el costo que implica duplicar el número de discos necesarios para los datos.
Nivel 2. Este nivel cuenta con varios discos para bloques de redundancia y corrección de errores. El acceso es simultáneo a todas las unidades tanto en operaciones de lectura como de escritura. El número de discos extra en el nivel 2 de RAID varia desde cuatro en un grupo de 10 discos, hasta cinco discos en un grupo de 25.
Nivel 3. El nivel 3 de RAID proporciona la seguridad de los datos gracias a la información de paridad almacenada en una única unidad dedicada, con lo que se logra una forma más eficaz de proporcionar redundancia de datos.En el nivel 3 de RAID los datos se dividen en fragmentos y se transfieren a los distintos discos que funcionan en paralelo lo que permite enviar más datos de una sola vez y aumentar de forma sustancial la velocidad general de transferencia de datos. Esta última característica convierte a este nivel en idóneo para aquellas aplicaciones que requieren la transferencia de grandes cantidades de Información hacia y desde el servidor central. No obstante, en aquellos entornos en los que muchos usuarios necesitan leer y escribir múltiples registros aleatorios, las peticiones de operaciones de entrada-salida simultáneas pueden sobrecargar y hacer lento el sistema. En el nivel 3 de RAID los discos participan en cada transacción, atendiendo cada petición de entrada-salida de una en una. Por consiguiente, el nivel 3 de RAID no es una opción adecuada para aplicaciones transaccionales en las que la mayor parte del tiempo se emplea en buscar pequeños registros esparcidos aleatoriamente por los discos.
Nivel 4. En el nivel 4 de RAID los bloques de datos pueden ser distribuidos a través de un grupo de discos para reducir el tiempo de transferencia y explotar toda la capacidad de transferencia de datos de la matriz de discos.
Nivel 5. En el nivel 5 de RAID las unidades de disco actúan independientemente. Cada unidad es capaz de atender sus propias operaciones de lectura-escritura, lo que aumenta el número de operaciones de entrada-salida simultáneas. Esta característica mejora considerablemente el tiempo de acceso, especialmente con múltiples peticiones de pequeñas operaciones de entrada-salida. Nivel 6. El nivel 6 de RAID agrega un nivel más de discos, resulta una organización con dos dimensiones de discos y una tercera quede a los sectores de los discos. La ventaja de este nivel consiste en que no solamente se puede recuperar un error entre dos discos, si no que es posible recuperar muchos errores de tres discos. La operación de escritura es difícil debido a la necesidad de sincronizar todas las dimensiones. Esta organización funciona como el nivel O de RAID en cada una de las dos dimensiones de discos, y como el nivel 1 de RAID en la operación entre las dos dimensiones de discos. El acceso es simultáneo en cada una de las dimensiones independientes de discos.
Nivel 7. Como en el nivel 4, en el nivel 7 de RAID los bloques de datos encuentran distribuidos por discos y además posee un disco dedicado a paridad. Las mayores diferencias con respecto al nivel 4 estriban en que la lectura / escritura se realiza de forma asíncrona y está centralizada sobre una caché vía un bus de alta velocidad, la cual a su vez integra la generación de la paridad. También posee un sistema operativo en tiempo real que controla la comunicación y sincronización entre los discos, lo que permite una gran velocidad de transferencia pero con baja fiabilidad.


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