PDF de programación - Comunicación en Sistemas Distribuidos - Sistemas de Operación II

Sistemas de Operación II

Comunicación en Sistemas

Distribuidos

Prof. Carlos Figueira

Basado en material de
Yudith Cardinale (USB)

Andrew Tanembaum y Marteen van Steen

Contenido

● Protocolos de Comunicación
● Propiedades Fundamentales de los Protocolos
● Tipos de Protocolos de Transporte
● Construcción de Bloques para la Comunicación
● Modelo Cliente-Servidor (Operaciones

Remotas)

● RPC (Remote Procedure Call)
● Comunicación en grupo

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Protocolos de Comunicación

● Comunicación en Sistemas Distribuidos: pase

de mensajes
● memoria distribuida, múltiples elementos que

pueden fallar independientemente

● Funciones de mecanismos de comunicación:

● Permitir com. entre procesos en máquinas diferentes
● Protección contra fallas
● Soporte para estructurar modularmente aplic. distr.
● Esconde distinción entre comunicación remota y
local, permite reconfiguración estática y dinámica

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Protocolos de comunicación

● Especificación de mecanismos de

comunicación. Ejemplos
● Modelo OSI de ISO. Marco para definir estándares
de comunicación de computadores heterogéneos.

● Modelo ATM (Asynchronous Transfer Mode)

● Especifica la forma como debe desarrollarse la
comunicación (formato, contenido y significado
de los mensajes intercambiados)

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Protocolos en capas (OSI)

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Protocolos por capas

● Aplicación (ftp, correo-e, ssh)
● Presentación (tipología del mensaje)
● Sesión (facilidades de sincronización)
● Transporte (TCP, UDP)
● Red (X.25, IP, ATM)
● Enlace de datos (control de errores, IEEE 802)
● Físico (RS-232, 802.3)

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Componentes de mensaje

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Propiedades fundamentales de los

protocolos

● Las redes pueden fallar, los mensajes se

pierden

● Si un mensaje se pierde, se puede corregir
retransmitiéndolo (necesita temporizadores,
confirmación del receptor)

● Si todos los mensajes se pierden ...

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Protocolos: fallas del servidor

● Si el cliente no recibe respuesta, reenvía

solicitud

● El servidor puede recordar por donde iba
● Si no recuerda, puede realizarlo dos veces!
● ¿Qué debemos hacer, solicitar otra vez o no?

● Tipos de protocolo:

● Entregan mensaje “al menos una vez”
● Entregan mensaje “a lo sumo una vez”

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Protocolos “al menos una vez”

● Si no hay falla, entregan mensaje una sola vez
● Ante fallas, pueden entregar un mensaje más

de una vez (por retransmisión)

● Se usan cuando la operación es idem-potente

(realizarla una vez o varias da el mismo
resultado)

● Esconden fallas de comunicación y servidores
● Ejemplo: NFS

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Protocolos “a lo sumo una vez”

● Detectan si la red o el servidor fallan y lo reportan.
● Operan en un contexto de sesión – una asociación

entre dos procesos durante la cual ambos mantienen
el estado del protocolo.

● Cuando se pierde el estado del protocolo, se termina la

sesión.

● No se reciben mensajes en una sesión diferente a la

sesión en la que se envió.

● Las sesiones tienen identificadores únicos: etiqueta de

tiempo (timestamps), número aleatorio (nonce)

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Tipos de protocolos de transporte

● Un único protocolo de comunicación no es

suficiente para la diversidad de aplicaciones.

● Cuatro clases:

● Operaciones remotas (cliente-servidor, o solicitud-

respuesta). Ej: RPC, RMI

● Protocolos de transferencia de datos en masa. Ej:

protocolos de transferencia de archivos

● Comunicación uno a muchos: difusión (broadcast),

comunicación multi-puntos (multicast)

● Comunicación de medios continuos (streaming)

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Heterogeneidad

● Los protocolos deben tomar en cuenta que las
máquinas pueden tener diferentes arquitecturas
● Se requiere traducir estructuras de datos de una
máquina a representaciones independientes de
la máquina (universales)

● El emisor traduce a representación universal; el
receptor traduce de ésta a su esquema propio.
Si máquinas son iguales, puede omitirse.

● Puede negociarse antes de transmitir, o enviar

datos junto con id. de arquitectura

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Operaciones remotas

● Forma más básica y utilizada en sistemas

distribuidos. Se hace una solicitud (desde el
cliente) y se recibe la respuesta (desde el
servidor)
● Ejemplos:

● RPC: llamada a procedimientos remotos
● RMI: Invocación de métodos remotos

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Diseño primitivas de comunicación

● Bloqueantes (síncronas) vs. no bloqueantes

(asíncronas)

● Bloqueante: el proceso emisor se bloquea
hasta que el receptor ejecuta primitiva de
recepción. Idem para el receptor

● No bloqueante: el emisor continúa una vez que

el núcleo copia mensaje a su espacio.

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Diseño primitivas de comunicación

● Bloqueante:

● Ventajas: programación más sencilla
● Desventajas: bloqueo, no aprovecha paralelismo

● No bloqueante:

● Ventajas: paralelismo ejecución/transmisión
● Desventajas: programador debe verificar si mensaje

ha llegado (receptor) o ha sido enviado por núcleo
(emisor)

● Primitivas: wait, test, conditional-receive (espera un

tiempo o falla), interrupción
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Diseño primitivas de comunicación

● ¿Cómo resolver el problema de la pérdida de

mensajes?. ¿Qué garantía tiene un proceso de
que el mensaje fue entregado?

● Primitivas confiables vs. no confiables. Cuatro

enfoques:
● Send no confiable. Es responsabilidad del usuario
● ACK (confirmaciones) a nivel de núcleo entre emisor

y receptor

● Un ACK sólo
● Temporizadores: para retransmitir, para enviar ACK

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Llamada a procedimiento remoto

● Consiste en protocolo de comunicación (usa
rutinas para
protocolo de
ensamblar datos a transferir) que permite que
los programas llamen a procedimientos en
otras máquinas, de manera transparente

transporte y



y

● Requiere rutinas de emulación (Stubs) en
de
y
de

cliente
el
empaquetamiento
desempaquetamiento
parámetros y resultado

(marshall)
(unmarshall)

servidor,

procesos

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Ej. count = read (fd, buf, nbytes)

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Extremos (stubs) cliente/servidor

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Secuencia RPC

● El procedimiento en el cliente llama al extremo

cliente de la manera usual

● El extremo cliente construye un mensaje y

llama al SO local

● El SO del cliente envía mensaje al SO remoto
● El SO remoto entrega mensaje al extremo

servidor

● El extremo servidor desempaca parámetros y

llama al servidor

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Secuencia RPC

● (cont.) El servidor realiza la operación y retorna

resultado al extremo servidor

● El extremo servidor lo empaca en un mensaje y

llama al SO local

● El SO del servidor envía mensaje al SO del cliente
● SO de cliente entrega mensaje a extremo cliente
● El extremo cliente desempaca el resultado y

retorna al procedimiento cliente

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Heterogeneidad: big vs. little endian

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Pase de parámetros RPC

● Por valor, no hay problema
● Por referencia: prohibirlas o copiar-enviar-
restituir (se sustituye copia local por copia
recibida desde servidor)

● Apuntadores a estructuras complejas: pasar
estructura completa, o pasar datos a medida
que servidor requiera

● Tipos definidos por el usuario: descomponer en

tipos básicos

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Soporte de RPC

● Procesamiento de interfaz: integrar

mecanismos RPC en lenguaje convencional

● Manejo de comunicaciones
● Asociación (binding): localizar servidor

apropiado para un servicio

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Procesamiento de interfaz

● Existen lenguajes especializados para interfaces: IDL
(Interface Definition Languages). Ej: SUN RPC, DCE

● Ejemplo de una especificación para un servidor de archivos:
# include <header.h>

specification of file_server, version 3.1:
long read(in char name[MAX_PATH], out char
buf[BUF_SIZE], in long bytes, in long position);

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Compilador de IDL

● Genera un procedimiento extremo cliente para

cada procedimiento especificado en interfaz

● Genera procedimiento extremo servidor
● Genera operaciones de empaquetamiento y

desempaquetamiento en cada extremo

● Provee esqueleto de servicio, el cuerpo es

desarrollado por programador

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Asociación en RPC

● Especifica cómo se establece relación entre

procedimiento remoto y el que lo llama

● Se forma cuando dos aplicaciones han hecho

conexión lógica y están preparadas para
intercambiar comandos y datos

● El servidor se registra con el conector con su

interfaz (nombre, parámetros, versión, etc.)

● El conector está en un puerto conocido

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RPC: Semántica ante fallas

CLIENTE

SERVIDOR

call read


STUB
A

E
return

B
STUB
Call

D
return

read

C

return

kernel

kernel


RED

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RPC: Semántica ante fallas

● Cliente no puede localizar servidor (reporta

falla)

● Mensaje solicitud se pierde: Expira

temporizador antes que llegue respuesta o
ACK
● Núcleo retransmite hasta que haya confirmación (al

menos una vez)

● Núcleo reporta falla (a lo sumo una vez)

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RPC: Semántica ante fallas

● Se pierde respuesta:

● Expira temporizador y no se recibe ACK (en

servidor). Se retransmite ACK

● ¿Se perdió el mensaje o es lento el servidor? Si la

operación no es idem-potente, puede traer
problema (ej. Transacción bancaria)

● Solución: enumerar mensajes

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RPC: Semántica ante fallas

● Se cae el servidor (en B, C o D)

● El cliente no recibe respuesta, retransmite solicitud
● En casos 1 (B) y 3 (D, se reenvía respuesta) no hay

problema

● En caso 2 (C), puede haber problemas si servidor

no puede recuperar (rollback)

● Se cae el cliente: se pierden las respuestas, se

deben manejar los