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UNIDAD 1 LOS SISTEMAS OPERATIVOS EN AMBIENTES DISTRIBUIDOS

APUNTES DEL PROFESOR JOSE JUAN HERNANDEZ GRANADOS







1.1.2 MODELO CLIENTE SERVIDOR

Basado en una arquitectura jerarquica donde el servidor es la máxima autoridad “controla la red”.

Características:

· Es un sistema centralizado “servidor”.

· Su estructura es fácil de expandir.

· Sus recursos locales son fáciles de controlar.

· Es controlado por un NOS (LINUX, UNIX, WINDOWS).

FUNCIONES DEL SERVIDOR

· Proporcionar los servicios a los clientes.

Ejemplo:
ü Servidor de impresión
ü Servidor de paginas web
ü Servidor de correo

· Es responsable de la seguridad de la red.

· Antivirus
· Antispaw
· Firewalls

· Es responsable del control de la concurrencia.

· Comparte recursos e información.

FUNCIONES DEL CLIENTE

Hace las peticiones “servicios” al Server

MODELO CLIENTE/SERVIDOR MULTICAPAS

1.1.3 CARACTERÍSTICAS DEL SOFTWARE

· Contiene S.O en común “nodo”.

Por ejemplo: Windows 98, Windows XP, Vista.

Linux, Mandrake Linux debían, etc.

· Cuando existen S.O diferentes.

Linux
Samba para comunicarse
Windows


1.1.4 CARACTERÍSTICAS DE HARDWARE

Cada nodo contiene S.O propios característicos pero son requerimientos que deben cumplir como
¿ memoria
¿Procesador
¿dispositivos??

Nota: que cumplan con requerimientos de conexión del NOS.


1.1.5 DIRECCIONAMIENTO

Físico = MAC + IP


Direccionamiento

Lógico = IP, puertos de enlace, DNS, mascaras de sub red.
Clasificación:
IP Categoría

“A”
0 – 127.255.255.255

“B”
128 – 191.255.255.255

“C”
192 – 223.255.255.255
“D”
224 – 240.255.255.255

“E”
241 - 254.255.255.255



1.2 CONCEPTO Y CARACTERISTICAS DE UN SOR = NOS

Conjunto de programas y aplicaciones utilizadas para la administración y seguridad de una red de área local.

Ejemplo: Windows NT, Server, UNIX, Linux

Características:

· Basados en la arquitectura cliente/servidor.
· Fácil de administrar.
· Flexibilidad y economía.

1.1 CONCEPTOS Y CARACTERÍSTICAS DE UN SOD = SISTEMA DISTRIBUIDO

Cada equipo de cómputo es autónomo, tiene su propio procesador y memoria, existen equipos no heterogéneos.

Ejemplos de SOD: Seti, taos, Sprite, Spring, Solaris

Características:

· Son difíciles de administrar.
· Los recursos remotos suelen ser no muy confiables.
· Afectan los factores externos de su desempeño.
· Debido a la demanda de comunicación cambian frecuentemente.




FACTORES EXTERNOS QUE AFECTAN A LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS

· Los avances tecnológicos.
· La globalización.
· Los aspectos externos (culturales, políticos, económicos).


1.2 Sistemas Distribuidos
Sistemas cuyos componentes hardware y software, están en ordenadores conectados en red, se comunican y coordinan sus acciones mediante el paso de mensajes, para el logro de un objetivo. Se establece la comunicación mediante un protocolo prefijado por un esquema cliente-servidor.
Colección de elementos de cómputo autónomo que se encuentran físicamente separados y no comparten una memoria común, se comunican entre sí a través del intercambio de mensajes utilizando un medio de comunicación. Los sistemas autónomos pueden tener características no homogéneas.


1.2.1 Ventajas Desventajas contra Sistemas Centralizados

Ventajas
* Aumento de la disponibilidad.
* Mejora del desempeño.
* Balanceo en la carga de trabajo.
* Compartición de recursos.
* Compartición de información.
* Confiabilidad, disponibilidad y tolerancia a fallas.
* Modularidad en el desarrollo.
* Flexibilidad.
* Crecimiento incremental.
* Reducción de costos.
* Mayor capacidad de modelar estructuras organizacionales.

Desventajas
* Uso ineficiente de los recursos distribuidos.
* Capacidad reducida para administrar apropiadamente grupos de procesadores y memoria
localizada en distintos sitios.
* Enorme dependencia del desempeño de la red y de la confiabilidad de la misma.
* Debilitamiento de la seguridad.
* Mayor complejidad en la administración y mantenimiento.
* Mayor complejidad en su construcción.







1.2.2 Modelo Cliente Servidor

Hardware cliente-servidor
La arquitectura cliente-servidor permite al usuario en una máquina, llamada el cliente, requerir algún tipo de servicio de una máquina a la que está unido, llamado el servidor, mediante una red como una LAN (Red de Area Local) o una WAN (Red de Area Mundial). Estos servicios pueden ser peticiones de datos de una base de datos, de información contenida en archivos o los archivos en sí mismos, o peticiones de imprimir datos en una impresora asociada.

Aunque clientes y servidores suelen verse como máquinas separadas, pueden, de hecho, ser dos áreas separadas en la misma máquina. Por tanto, una única máquina Unix puede ser al mismo tiempo cliente y servidor. Además una máquina cliente unida a un servidor puede ser a su vez servidor de otro cliente y el servidor puede ser un cliente de otro servidor en la red. También es posible tener el cliente corriendo en un sistema operativo y el servidor en otro distinto.

Hay varios tipos comunes de máquinas clientes en entornos cliente-servidor. Uno de los clientes más populares es una computadora personal basada en Intel que ejecuta aplicaciones de DOS en un entorno Windows. Otra cliente popular es una terminal X; de hecho, el sistema X Windows es un modelo cliente-servidor clásico.

Hay también clientes Unix que ejecutan sistemas operativos como UnixWare. Un servidor que pide cosas a otro servidor es un cliente de la máquina a la que está pidiendo. Sin considerar el tipo de cliente que se esté usando en una red cliente-servidor, se realizando al menos una de las funciones básicas descritas aquí como funciones del cliente.

Los clientes en una red cliente-servidor son las máquinas o procesos que piden información, recursos y servicios a un servidor unido. Estas peticiones pueden ser cosas como proporcionar datos de una base de datos, aplicaciones, partes de archivos o archivos completos a la máquina cliente. Los datos, aplicaciones o archivos pueden residir en un servidor y ser simplemente accedidos por el cliente o pueden ser copiados o movidos físicamente a la máquina cliente.

Esta disposición permite a la máquina cliente ser relativamente pequeña. Para cada tipo de entorno de cliente, hay habitualmente software específico (y a veces hardware) en el cliente, con algún software y hardware análogo en el servidor. Los servidores pueden ser sistemas operativos diferentes como Windows NT, Windows 95, OS/2, Unix. Unix es popular porque, como sistema operativo de servidores, puede ser utilizado en muchos tipos de configuraciones sobre máquinas servidor, además de como servidores de archivos y servidores de impresión.


Ventajas e inconvenientes del esquema Cliente/Servidor
Se mencionan a continuación algunas de las ventajas de la utilización del esquema Cliente/Servidor.

Uno de los aspectos que más ha promovido el uso de sistemas Cliente/Servidor es la existencia de plataformas de hardware cada vez más baratas. Esta constituye a su vez una de las más palpables ventajas de este esquema, la posibilidad de utilizar máquinas considerablemente más baratas que las requeridas por una solución centralizada, basada en sistemas grandes. Además de lo anterior, se pueden utilizar componentes, tanto de hardware como de software, de varios fabricantes, lo cual contribuye considerablemente a la reducción de costos y favorece la flexibilidad en la implantación y actualización de soluciones.

Además de lo anterior, el esquema Cliente/Servidor facilita la integración entre sistemas diferentes y compartir información, permitiendo, por ejemplo que las máquinas ya existentes puedan ser utilizadas pero utilizando interfaces más amigables al usuario. De esta manera podemos, por ejemplo, integrar PCs con sistemas medianos y grandes, sin que todas las máquinas tengan que utilizar el mismo sistema operacional.

Al favorecer el uso de interfaces gráficas interactivas, los sistemas construidos con este esquema tienen una interacción más intuitiva con el usuario. Si se utilizan interfaces gráficas para interactuar con el usuario, el esquema Cliente/Servidor presenta la ventaja, con respecto a uno centralizado, de que no es siempre necesario transmitir información gráfica por la red pues esta puede residir en el cliente, lo cual permite aprovechar mejor el ancho de banda de la red.

La estructura inherentemente modular facilita además la integración de nuevas tecnologías y el crecimiento de la infraestructura computacional, favoreciendo así la escalabilidad de las soluciones.

El esquema Cliente/Servidor contribuye además a proporcionar a los diferentes departamentos de una empresa soluciones locales, pero permitiendo además la integración de la información relevante a nivel global.

El esquema cliente/servidor tiene algunos inconvenientes que se mencionan a continuación.

Por una parte, el mantenimiento de los sistemas es más difícil pues implica la interacción de diferentes partes de hardware y de software, distribuidas por distintos proveedores, lo cual dificulta el diagnóstico de fallas.

Además de lo anterior, se cuenta con muy escasas herramientas para la administración y ajuste del desempeño de los sistemas.

En el desarrollo de aplicaciones Cliente/Servidor se deben tener en cuenta diferentes aspectos, que se mencionan a continuación.


1.2.3 Características Hardware Sistemas Distribuidos

Todos los sistemas distribuidos constan de varias cpu, organizadas de diversas formas, especialmente respecto de:

· La forma de interconectarlas entre sí.
· Los esquemas de comunicación utilizados.

Existen diversos esquemas de clasificación para los sistemas de cómputos con varias cpu:

· Uno de los mas conocidos es la “Taxonomía de Flynn”:
· Considera como características esenciales el número de flujo de instrucciones y el número de flujos de datos.

· La clasificación incluye equipos SISD, SIMD, MISD y MIMD.
SISD (Single Instruction Single Data: un flujo de instrucciones y un flujo de datos):
· Poseen un único procesador.

SIMD (Single Instruction Multiple Data: un flujo de instrucciones y varios flujos de datos):
· Se refiere a ordenar procesadores con una unidad de instrucción que:

Busca una instrucción.
Instruye a varias unidades de datos para que la lleven a cabo en paralelo, cada una con sus propios datos.
· Son útiles para los cómputos que repiten los mismos cálculos en varios conjuntos de datos.
MISD (Multiple Instruction Single Data: un flujo de varias instrucciones y un solo flujo de datos):
· No se presenta en la práctica.
MIMD (Multiple Instruction Multiple Data: un grupo de computadoras independientes, cada una con su propio contador del programa, programa y datos):
· Todos los sistemas distribuidos son de este tipo.
Un avance sobre la clasificación de Flynn incluye la división de las computadoras MIMD en dos grupos:
· Multiprocesadores: poseen memoria compartida:
Los distintos procesadores comparten el mismo espacio de direcciones virtuales.
· Multicomputadoras: no poseen memoria compartida:
Ej.: grupo de PC conectadas mediante una red.

Cada una de las categorías indicadas se puede clasificar según la arquitectura de la red de interconexión en:
· Esquema de bus:
Existe una sola red, bus, cable u otro medio que conecta todas las máquinas:
Ej.: la televisión por cable.
· Esquema con conmutador:

No existe una sola columna vertebral de conexión:
Hay múltiples conexiones y varios patrones de conexionado.
Los mensajes de mueven a través de los medios de conexión.
Se decide explícitamente la conmutación en cada etapa para dirigir el mensaje a lo largo de uno de los cables de salida.
Ej.: el sistema mundial telefónico público.

· Otro aspecto de la clasificación considera el acoplamiento entre los equipos:
Sistemas fuertemente acoplados:
El retraso al enviar un mensaje de una computadora a otra es corto y la tasa de transmisión es alta.


1.2.4 Características Software Sistemas Distribuidos

La importancia del software supera frecuentemente a la del hardware

La imagen que un sistema presenta queda determinada en gran medida por el software del S. O. y no por el hardware.

Los S. O. no se pueden encasillar fácilmente, como el hardware, pero se los puede clasificar en dos tipos:

· Débilmente acoplados.
· Fuertemente acoplados.

El software débilmente acoplado de un sistema distribuido:

· Permite que las máquinas y usuarios sean independientes entre sí en lo fundamental.
· Facilita que interactúen en cierto grado cuando sea necesario.
· Los equipos individuales se distinguen fácilmente.

Combinando los distintos tipos de hardware distribuido con software distribuido se logran distintas soluciones:

· No todas interesan desde el punto de vista funcional del usuario:
Ej.: un multiprocesador es un multiprocesador:
· No importa si utiliza un bus con cachés monitores o una red omega.

1.2.5 Direccionamiento Lógico Físico Sistemas Distribuidos

Direccionamiento lógico y físico El proceso desde que los datos son incorporados al ordenados hasta que se transmiten al medio se llama encapsulación. Estos datos son formateados, segmentados, identificados con el direccionamiento lógico y físico para finalmente ser enviados al medio. A cada capa del modelo OSI le corresponde una PDU (Unidad de Datos) siguiendo por lo tanto el siguiente orden de encapsulamiento: DATOS-SEGMENTOS-PAQUETES-TRAMAS-BITS

CAPA TRANSMITE
APLICACIÓN DATOS
PRESENTACION
SESIÓN
TRANSPORTE SEGMENTOS
RED PAQUETES
ENLACE DED DATOS TRAMAS
FÍSICA BITS

Debido a que posiblemente la cantidad de los datos sean demasiados, la capa de transporte desde de origen, se encarga de segmentarlos para así ser empaquetados debidamente, esta misma capa en el destino se encargara de reensamblar los datos y colocarlos en forma secuencial, ya que no siempre llegan a su destino en el orden en que han sido segmentados, así mismo acorde al protocolo que se este utilizando habrá corrección de errores. Estos segmentos son empaquetados (paquetes o datagramas) e identificados en la capa de red con la dirección lógica o IP correspondiente al origen y destino. Ocurre lo mismo con la dirección MAC en la capa de enlace de datos formándose las tramas o frames para ser transmitidos a través de alguna interfaz.


1.3 Concepto Características Sor

Son aquellos sistemas que mantienen a dos o más computadoras unidas a través de algún medio de comunicación (físico o no), con el objetivo primordial de poder compartir los diferentes recursos y la información del sistema.

El primer Sistema Operativo de red estaba enfocado a equipos con un procesador Motorola 68000, pasando posteriormente a procesadores Intel como Novell Netware. Los Sistemas Operativos de red mas ampliamente usados son: Linux,Novell Netware, Personal Netware, LAN Manager, Windows NT Server UNIX.

Una posibilidad es el software débilmente acoplado en hardware débilmente acoplado: Es una solución muy utilizada. Ej.: una red de estaciones de trabajo conectadas mediante una LAN. Cada usuario tiene una estación de trabajo para su uso exclusivo: Tiene su propio S. O. La mayoría de los requerimientos se resuelven localmente. Es posible que un usuario se conecte de manera remota con otra estación de trabajo: Mediante un comando de “login remoto”. Se convierte la propia estación de trabajo del usuario en una terminal remota enlazada con la máquina remota. Los comandos se envían a la máquina remota. La salida de la máquina remota se exhibe en la pantalla local. Para alternar con otra máquina remota, primero hay que desconectarse de la primera: En cualquier instante solo se puede utilizar una máquina. Las redes también disponen de un comando de copiado remoto de archivos de una máquina a otra: Requiere que el usuario conozca: La posición de todos los archivos. El sitio donde se ejecutan todos los comandos. Una mejor solución consiste en un sistema de archivos global compartido, accesible desde todas las estaciones de trabajo: Una o varias máquinas soportan al sistema de archivos: Son los “servidores de archivos”. Los “servidores de archivos”: Aceptan solicitudes de los programas de usuarios: Los programas se ejecutan en las máquinas no servidoras, llamadas “clientes”. Las solicitudes se examinan, se ejecutan y la respuesta se envía de regreso. Generalmente tienen un sistema jerárquico de archivos. Las estaciones de trabajo pueden importar o montar estos sistemas de archivos: Se incrementan sus sistemas de archivos locales. Se pueden montar los servidores en lugares diferentes de sus respectivos sistemas de archivos: Las rutas de acceso a un determinado archivo pueden ser diferentes para las distintas estaciones. Los distintos clientes tienen un punto de vista distinto del sistema de archivos. El nombre de un archivo depende: Del lugar desde el cual se tiene acceso a él. De la configuración del sistema de archivos. El S. O. de este tipo de ambiente debe: Controlar las estaciones de trabajo en lo individual. Controlar a los servidores de archivo. Encargarse de la comunicación entre los servidores. Todas las máquinas pueden ejecutar el mismo S. O., pero esto no es necesario. Si los clientes y los servidores ejecutan diversos S. O., como mínimo deben coincidir en el formato y significado de todos los mensajes que podrían intercambiar. Esquemas como este se denominan “sistema operativo de red”: Cada máquina tiene un alto grado de autonomía. Existen pocos requisitos a lo largo de todo el sistema.

1.4 Concepto Características del Sod

Los sistemas distribuidos están basados en las ideas básicas de transparencia, eficiencia, flexibilidad, escalabilidad y fiabilidad. Sin embargo estos aspectos son en parte contrarios, y por lo tanto los sistemas distribuidos han de cumplir en su diseño el compromiso de que todos los puntos anteriores sean solucionados de manera aceptable.

Transparencia
El concepto de transparencia de un sistema distribuido va ligado a la idea de que todo el sistema funcione de forma similar en todos los puntos de la red, independientemente de la posición del usuario. Queda como labor del sistema operativo el establecer los mecanismos que oculten la naturaleza distribuida del sistema y que permitan trabajar a los usuarios como si de un único equipo se tratara.


En un sistema transparente, las diferentes copias de un archivo deben aparecer al usuario como un único archivo. Queda como labor del sistema operativo el controlar las copias, actualizarlas en caso de modificación y en general, la unicidad de los recursos y el control de la concurrencia.
El que el sistema disponga de varios procesadores debe lograr un mayor rendimiento del sistema, pero el sistema operativo debe controlar que tanto los usuario como los programadores vean el núcleo del sistema distribuido como un único procesador. El paralelismo es otro punto clave que debe controlar el sistema operativo, que debe distribuir las tareas entre los distintos procesadores como en un sistema multiprocesador, pero con la dificultad añadida de que ésta tarea hay que realizarla a través de varios ordenadores.

Eficiencia
La idea base de los sistemas distribuidos es la de obtener sistemas mucho más rápidos que los ordenadores actuales. Es en este punto cuando nos encontramos de nuevo con el paralelismo.
Para lograr un sistema eficiente hay que descartar la idea de ejecutar un programa en un único procesador de todo el sistema, y pensar en distribuir las tareas a los procesadores libres más rápidos en cada momento.



La idea de que un procesador vaya a realizar una tarea de forma rápida es bastante compleja, y depende de muchos aspectos concretos, como la propia velocidad del procesador, pero también la localidad del procesador, los datos, los dispositivos, etc. Se han de evitar situaciones como enviar un trabajo de impresión a un ordenador que no tenga conectada una impresora de forma local.

Flexibilidad
Un proyecto en desarrollo como el diseño de un sistema operativo distribuido debe estar abierto a cambios y actualizaciones que mejoren el funcionamiento del sistema. Esta necesidad ha provocado una diferenciación entre las dos diferentes arquitecturas del núcleo del sistema operativo: el núcleo monolítico y el micronúcleo. Las diferencias entre ambos son los servicios que ofrece el núcleo del sistema operativo. Mientras el núcleo monolítico ofrece todas las funciones básicas del sistema integradas en el núcleo, el micronúcleo incorpora solamente las fundamentales, que incluyen únicamente el control de los procesos y la comunicación entre ellos y la memoria. El resto de servicios se cargan dinámicamente a partir de servidores en el nivel de usuario.

Escalabilidad
Un sistema operativo distribuido debería funcionar tanto para una docena de ordenadores como varios millares. Igualmente, debería no ser determinante el tipo de red utilizada (LAN o WAN) ni las distancias entre los equipos, etc.
Aunque este punto sería muy deseable, puede que las soluciones válidas para unos cuantos ordenadores no sean aplicables para varios miles. Del mismo modo el tipo de red condiciona tremendamente el rendimiento del sistema, y puede que lo que funcione para un tipo de red, para otro requiera un nuevo diseño.
La escalabilidad propone que cualquier ordenador individual ha de ser capaz de trabajar independientemente como un sistema distribuido, pero también debe poder hacerlo conectado a muchas otras máquinas.

Fiabilidad
Una de las ventajas claras que nos ofrece la idea de sistema distribuido es que el funcionamiento de todo el sistema no debe estar ligado a ciertas máquinas de la red, sino que cualquier equipo pueda suplir a otro en caso de que uno se estropee o falle.
La forma más evidente de lograr la fiabilidad de todo el sistema está en la redundancia. La información no debe estar almacenada en un solo servidor de archivos, sino en por lo menos dos máquinas. Mediante la redundancia de los principales archivos o de todos evitamos el caso de que el fallo de un servidor bloquee todo el sistema, al tener una copia idéntica de los archivos en otro equipo.
Otro tipo de redundancia más compleja se refiere a los procesos. Las tareas críticas podrían enviarse a varios procesadores independientes, de forma que el primer procesador realizaría la tarea normalmente, pero ésta pasaría a ejecutarse en otro procesador si el primero hubiera fallado.

Comunicación
La comunicación entre procesos en sistemas con un único procesador se lleva a cabo mediante el uso de memoria compartida entre los procesos. En los sistemas distribuidos, al no haber conexión física entre las distintas memorias de los equipos, la comunicación se realiza mediante la transferencia de mensajes.

Autor: Lic. Marcos Guadalupe Ventura Osorio 261-v TESCI 2009

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