Colas.

    Mientras que los grupos y publicación-suscripción proporcionan un estilo de comunicación de uno a varios, las colas de mensajes proporcionan un servicio punto a punto utilizando el concepto de cola de mensajes como una indirección, logrando así las propiedades deseadas de desacoplamiento de espacio y tiempo. Son punto a punto en el sentido de que el remitente coloca el mensaje en una cola y luego es eliminado por un solo proceso. Las colas de mensajes también se conocen como Middleware orientado a mensajes.

  Modelo de programación

    El modelo de programación, figura 1, que ofrecen las colas de mensajes es muy sencillo. Ofrece un acercamiento a la comunicación en sistemas distribuidos a través de colas. En particular, los procesos productores pueden enviar mensajes a una cola específica y otros procesos (consumidores) pueden recibir mensajes de esta cola. Se admiten tres estilos de recepción: 

• una recepción con bloqueo, que se bloqueará hasta que esté disponible un mensaje apropiado; 
• una recepción sin bloqueo (una operación de sondeo), que verificará el estado de la cola y devolverá un mensaje si está disponible, o una indicación de no disponible en caso contrario; 
• una operación de notificación, que emitirá una notificación de evento cuando un mensaje esté disponible en la cola asociada. 

Figure 1: Modelo de Programación.

 Características

    Entre sus características: 

• Varios procesos pueden enviar mensajes a la misma cola y, del mismo modo, varios receptores pueden eliminar mensajes de una cola.  
• La política de colas es el primero en entrar, primero en salir (FIFO), pero la mayoría  de las implementaciones de colas de mensajes también admiten el concepto de prioridad, con los mensajes de mayor prioridad entregados primero. Los procesos de consumidor también pueden seleccionar mensajes de la cola según las propiedades de un mensaje.  
• Un mensaje consta de un destino ( un identificador único que designa la cola de destino), metadatos asociados con el mensaje, incluidos campos como la prioridad del mensaje y el modo de entrega, y también el cuerpo del mensaje.  Los mensajes son persistentes, es decir, las colas de mensajes almacenarán los mensajes indefinidamente (hasta que se consuman) y también enviarán los mensajes al disco para permitir una entrega confiable. 
• Cualquier mensaje enviado se recibe eventualmente (validez) y el mensaje recibido es idéntico al enviado, y ningún mensaje se entrega dos veces (integridad). Por lo tanto, los sistemas de cola de mensajes garantizan que los mensajes se entregarán (y se entregarán una vez), pero no pueden decir nada sobre el momento de la entrega.

 

Bibliografia:

[1] Sasu Tarkoma. Publish/Subscribe Systems: Design and Principles. Edited by Joe

Sventek David Hutchison Serge Fdida. 2012. 

[2]  George Coulouris et al. Distributed Systems: Concepts and Design. 5th. USA:

Addison-Wesley Publishing Company, 2011. ISBN: 0132143011 

[3] Roberto Vitillo. Understanding Distributed Systems. 2021

 Grupos.

    La comunicación grupal es una abstracción sobre la comunicación de multidifusión y se

puede implementar a través de multidifusión IP o una red de superposición equivalente,

teniendo como valor adicional la gestión de pertenencia al grupo, detección de fallas y

garantía de confiabilidad y pedidos, [1] [2].

Modelo de Programación

    En la comunicación grupal, el concepto central es el de un grupo con una membresía de

grupo asociada y con los procesos de unirse o salir del grupo ver Figura 1. Los procesos pueden enviar un mensaje a este grupo y hacer que se propague a todos los miembros (o a un miembro) del grupo con ciertas garantías en términos de confiabilidad y orden. Así, la comunicación de grupo implementa la comunicación de multidifusión, así como también la comunicación unidifusión.

    El uso de una única operación de envío permite un uso eficiente del ancho de banda. También es relevante en términos de garantías de entrega del mensaje ya que la operación de envío del mensaje se asocia a un proceso. Si ocurre una falla y algún mensaje no se entrega, se puede implementar el reenvio de mensajes. 

Figure 1: Modelo de Programación. Adaptado de [2]

 Membresía del Grupo

Un servicio de membresía grupal tiene cuatro tareas principales:

• Interfaz para cambios de membresía de grupo : el servicio de membresía proporciona operaciones para crear/destruir grupos de procesos y para agregar/retirar un proceso hacia o desde un grupo. En la mayoría de los sistemas, un solo proceso puede pertenecer a varios grupos al mismo tiempo (grupos superpuestos ).  

• Detección de fallas : el servicio monitorea a los miembros del grupo no solo en caso de que se bloqueen, sino también en caso de que se vuelvan inaccesibles debido a una falla de comunicación. El detector marca los procesos como sospechosos o no sospechosos. El servicio utiliza el detector de fallas para tomar una decisión sobre la situación de la membresía del grupo: excluye un proceso de la membresía si se sospecha que ha fallado o si se ha vuelto inalcanzable. 

• Notificación de cambios en la membresía del grupo : el servicio notifica al los miembros del grupo cuando se agrega un proceso, o cuando se excluye un proceso (por falla o cuando el proceso se retira deliberadamente del grupo). 

• Difusión de direcciones de grupo : cuando un proceso difunde un mensaje en forma múltiple, proporciona el identificador de grupo en lugar de una lista de procesos del grupo. El servicio de administración de membresía expande el identificador a la membresía del grupo actual para su entrega. El servicio puede coordinar la entrega de multidifusión con cambios de membresía controlando la expansión de direcciones. Es decir, puede decidir sistemáticamente dónde enviar un mensaje determinado, aunque la membresía pueda cambiar durante la entrega

Características de la arquitectura de Grupos

• Grupos de procesos La mayor parte del trabajo en servicios grupales se centra en grupos donde las entidades comunicantes son Procesos. El nivel de servicio proporcionado por los grupos de procesos es similar al de los sockets. 

• Grupos de objetos Es una colección de objetos (instancias de la misma clase) que procesan el mismo conjunto de invocaciones al mismo tiempo, y cada una devuelve respuestas. Los clientes invocan operaciones en un único objeto local, que actúa como proxy del grupo. El proxy utiliza un sistema de comunicación grupal para enviar las invocaciones a los miembros del grupo de objetos. Los parámetros de objeto y los resultados se empaquetan como en RMI y las llamadas asociadas se envían automáticamente a los objetos/métodos de destino. 

• Grupos abiertos Un grupo está abierto si los procesos fuera del grupo pueden enviarle mensajes, Figura 2. Los grupos abiertos son útiles, por ejemplo, para entregar mensajes a grupos de procesos interesados.  

• Grupos cerrados Se dice que el grupo está cerrado si solo los miembros del grupo pueden enviar mensajes multidifusión. Un proceso en un grupo cerrado se entrega a sí mismo cualquier mensaje que difunde al grupo, ver Figura 2. Los grupos cerrados de procesos son útiles, por ejemplo, para servidores que cooperan para enviarse mensajes entre sí que solo ellos deberían recibir.  

• Grupos Superpuestos Entidades (procesos u objetos) pueden ser miembros de varios grupos  

• Grupos no Superpuestos Implican que la membresía no se superpone (es decir, cualquier proceso pertenece como máximo a un grupo)

Figure 2: Grupos cerrados y abiertos. Adaptado de [2]

Confiabilidad y ordenamiento en multidifusión

Otras características atribuida a los grupos esta la confiabilidad y el ordenamiento de los

mensajes:

• Confiabiliad La confiabilidad en la comunicación se ha definido en términos de las siguientes propiedades:
• Integridad El mensaje recibido es el mismo que el enviado, y no se entregan dos veces. Validez Cualquier mensaje saliente es eventualmente entregado. La interpretación de multidifusión confiable se basa en estas propiedades, con integridad definida en términos de entregar el mensaje correctamente como máximo una vez, y la validez interpretado como que garantiza que un mensaje enviado finalmente será entregado. 
• Acuerdo Para extender la semántica y cubrir la entrega a múltiples receptores, la propiedad acuerdo indica que si el mensaje se entrega a un proceso, entonces se entrega a todos los procesos del grupo. 

• Ordenamiento Además de las garantías de fiabilidad, la comunicación grupal exige garantías adicionales en términos del orden relativo de los mensajes entregados a múltiples destinos. Para contrarrestar los retrasos y desorden en la entrega, los servicios de comunicación grupal ofrecen multidifusión ordenada, con la opción de una o más de las siguientes propiedades: 
• Orden FIFO : ordenamiento primero en entrar, primero en salir (FIFO) se ocupa de preservar el pedido desde la perspectiva del remitente del proceso, en el sentido de que si un proceso envía un mensaje antes que otro, se entregará en este orden en todos los procesos del grupo.  
• Ordenamiento causal : el ordenamiento causal tiene en cuenta las relaciones causales entre mensajes, en el sentido de que si un mensaje ocurre antes que otro mensaje en el sistema distribuido, esta relación causal se conservará en la entrega de los mensajes asociados en todos los procesos  
• Ordenamiento total : En el orden total, si un mensaje se entrega antes que otro mensaje en un proceso, se conservará el mismo orden en todos los procesos.

Bibliografia:

[1] M van Steen and A.S. Tanenbaum. Distributed Systems. Edited by Pearson Prentice

Hall. Third. distributed-systems.net, 2017 

[2]  George Coulouris et al. Distributed Systems: Concepts and Design. 5th. USA:

Addison-Wesley Publishing Company, 2011. ISBN: 0132143011 

[3] Roberto Vitillo. Understanding Distributed Systems. 2021

Comunicación Indirecta. 

    En la comunicación indirecta la naturaleza del intermediario y del acoplamiento varían de

un enfoque a otro y entre sistemas: se puede establecer conceptos de acoplamiento tanto

temporal como espacial que determinan como el receptor y el emisor coinciden o no en el

tiempo y en espacio.

    En la tabla 1 se plasman las posibles variantes en este tipo de enfoque. Por ejemplo,

las técnicas consideradas hasta ahora se basan en un acoplamiento directo o sistemas fuertemente

acoplado, como las arquitecturas clientes-servidor. Son arquitecturas acopladas en tiempo y espacio. Por otra parte, las aplicaciones como el correo electrónico, son arquitecturas desacopladas en tiempo y acopladas en espacio, ver descripción en la parte superior, derecha de la tabla 1.

Tabla 1. Acoplamiento en Espacio y Tiempo. Adaptado de [2]

    Mientras que la multidifusión puede catalogarse como arquitecturas acoplada en tiempo,

desacopladas en espacio, descrita en la parte inferior e izquierda de la tabla 1. Y las arquitecturas que calzan en la categoría de desacoplamiento en espacio y tiempo, como las arquitecturas Pub-sub y colas de mensajes, ubicada en la parte inferior, derecha.

Acoplamiento

    El acoplamiento se define como la fuerza de la interconexión entre dos módulos de software:

cuanto mayor es la fuerza de la interconexión, mayor es el acoplamiento. Para que el software sea más fácil de entender, corregir y mantener, un sistema debe estar dividido de modo que el acoplamiento entre los módulos sea lo más flojo o débil posible.

    Un sistema débilmente acoplado es aquel sistema donde  cada componente tiene poco o ningún conocimiento de las partes internas de los otros componentes. Por su parte,  el sistema tiene acoplamiento fuerte si cada componente de un sistema tiene conocimiento de partes de los otros componentes, como memoria común, almacenamiento secundario, entrada y salida de datos.

    El concepto de Acoplamiento fue propuesto por Yourdon y Constantine en su libro,

Structured Design: Fundamentals of a Discipline of Computer Program and Systems

Design.

Bibliografia:

[1] M van Steen and A.S. Tanenbaum. Distributed Systems. Edited by Pearson Prentice

Hall. Third. distributed-systems.net, 2017 

[2]  George Coulouris et al. Distributed Systems: Concepts and Design. 5th. USA:

Addison-Wesley Publishing Company, 2011. ISBN: 0132143011 

[3] Roberto Vitillo. Understanding Distributed Systems. 2021

Modelos Arquitectónicos. Paradigma de Comunicación

 Modelos Arquitectónicos.

 Paradigma de comunicación.

Considere tres tipos de paradigma de comunicación: comunicación entre procesos, Invocación remota y comunicación indirecta [1] [2] [3].

• Comunicación entre procesos Se refiere al soporte de bajo nivel para comunicación entre procesos en sistemas distribuidos.

  • Pase de mensaje

  • Socket

  • Multidifusión

• Invocación remota. Representa el paradigma de comunicación más común en sistemas distribuidos, cubren una gama de técnicas basadas en un intercambio bidireccional entre entidades comunicantes. Incluye:

  • Protocolo solicitud-respuesta. Es un patrón impuesto en un servicio subyacente de transmisión de mensajes para admitir la informática cliente-servidor. Este paradigma es bastante primitivo y se usa en sistemas embebidos donde el rendimiento es primordial. El enfoque también se utiliza en mensajes del protocolo HTTP.

  • Llamadas a procedimiento remoto. (Remote Procediment Call, RPC) es computación cliente-servidor con servidores que ofrece un conjunto de operaciones a través de un interfaz de servicio y clientes que llaman a estas operaciones directamente como si estuvieran disponibles en la zona.

  • Invocación de métodos remotos . La invocación de métodos remotos (Remote Method Invocation, RMI) se parece mucho a llamadas a procedimiento remoto pero en un mundo de objetos distribuidos

• Comunicación Indirecta. Se realiza a través de una tercera entidad, lo que permite un fuerte grado de desacoplamiento entre remitentes y receptores. En este paradigma los remitentes de los mensajes no necesitan saber a quién están enviando mensajes y no es necesario que los emisores y los receptores existan al mismo tiempo. Comprende los siguientes:

  • Comunicación grupal. La comunicación grupal se basa en la abstracción de un grupo que está representado en el sistema por un identificador de grupo.

  • Sistemas de publicación-suscripción. Los sistemas pub-sub (publicación-suscripción) donde los productores distribuyen elementos de informacion de interes o eventos, a los comsumidores (llamado también, sistemas basados en eventos distribuidos). Ver esquema de la arquitectura en la Figura 1

Figure 1: Arquitectura Publicación Suscripción.

• Colas de mensajes. Servicio punto a punto mediante el cual el productor pueden enviar mensajes a una cola específica y el consumidor puede recibir mensajes de la cola o ser notificado de la llegada de nuevos mensajes en el cola. Ver Figura 3

Figure 2: Arquitectura Colas de Mensajes.

• Espacios de tupla. Los procesos pueden colocar elementos arbitrarios de datos estructurados o tuplas, en un espacio de tuplas persistente; otros procesos pueden leer o eliminar tales tuplas del espacio de tuplas especificando patrones de interés.

• Memoria compartida distribuida. Proporciona un abstracción para compartir datos entre procesos que no comparten memoria física. A los programadores se les presenta una abstracción de lectura o escritura de estructuras de datos (compartidas) como si estuvieran en sus propios espacios de direcciones locales.

Bibliografía

[1]M van Steen and A.S. Tanenbaum. Distributed Systems. Edited by Pearson Prentice Hall. Third. distributed-systems.net, 2017

[2]Mohamed Salem Elshebani. “Communication paradigms in distributed systems infrastructure”. In: (2009).

[3]J. Silcock et al. Message Passing, Remote Procedure Calls and Distributed Shared Memory as Communication Paradigms for Distributed Systems. Technical reports: Computing series. Deakin University, School of Computing and Mathematics, 1995