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

 Publicación - Suscripción

    Las principales entidades en un sistema publicación-suscripción son los editores y suscriptores de contenido [1]. Un publicador (publisher) detecta un evento y luego lo publica en forma de notificación. Una notificación encapsula información relacionada con el evento observado. La notificación denota que ha ocurrido un evento observado. Un evento representa cualquier transición de estado discreta que ha ocurrido y se señala desde una entidad a un número de otras entidades.

    Un suscriptor, por ejemplo, podría expresar interés en todos los eventos relacionados con este libro de texto, como la disponibilidad de una nueva edición o actualizaciones del sitio web relacionado. La tarea del sistema de publicación y suscripción es hacer coincidir las suscripciones con los eventos publicados y garantizar la entrega correcta de las notificaciones de eventos. Un evento dado se entregará potencialmente a muchos suscriptores y, por lo tanto, en publicación y suscripción se usan paradigmas de comunicaciones de uno a muchos.

Aplicaciones de los sistemas de publicación-suscripción

Los sistemas de publicación-suscripción se utilizan en una variedad de dominios de aplicación, en particular los relacionados con la difusión de eventos a gran escala. Ejemplos  incluyen [1]:

• GUI, en las que los sistemas pub/sub se aplica como el pegamento que conecta los diversos componentes entre sí. Un ejemplo es el patrón de diseño MVC (Modelo Vista Controlador) muy utilizado en GUIs y su componente el patrón de observador.  

• Push de información, en el que se publica el contenido al usuario. Este es un requisito para aplicaciones que dependen de datos en tiempo real o casi en tiempo real. 

• Filtrado de información y entrega dirigida utilizada por los servicios de alerta y presencia (Google Alerts, etc.), tiendas de aplicaciones, servicios de corretaje de RSS, etc. Los ejemplos incluyen XMPP Pub/sub, Pubsubhubbub, Facebook  Messenger and Chat y Twitter.  

• Plano de señalización, en el que pub/sub asegura que los eventos asíncronos se entregan en en tiempo real o casi en tiempo real desde la publicación de componentes hasta la suscripción de componentes. Las aplicaciones de ejemplo incluyen sistemas industriales y tácticos. DDS (Data Distribution Systems) es el estándar clave para estos sistemas.  

• La arquitectura orientada a servicios (SOA) y las aplicaciones comerciales se basan en publicación/suscripción en el bus de servicios empresariales (ESB). El ESB normalmente se implementa con un broker de mensaje XML.  

• Procesamiento de Eventos Complejos (CEP) para análisis de datos. CEP se utiliza ampliamente en varios aplicaciones comerciales, por ejemplo, comercio algorítmico y detección de fallas. 

• Computación en la nube, en la que pub/sub y colas de mensajes se utilizan para conectar los componentes de la nube. 

• Internet de las cosas, en el que pub/sub conecta los sensores y actuadores entre sí con recursos de Internet.  

• Juegos multijugador en línea, en los que pub/sub se usa para sincronizar el estado del juego en jugadores y servidores

Modelo de Programación

    El modelo de programación en los sistemas de publicación-suscripción se basa en un pequeño conjunto de operaciones, ver Figura 1. Los editores difunden un evento e a  través de una operación de publicacion(e) y los suscriptores expresan su interés en un conjunto de eventos a través de suscripciones. En particular, logran esto a través de una operación de suscripcion( f ) donde f se refiere a un filtro, es decir, un patrón definido sobre el conjunto de todos los eventos posibles.

Figura 1: Paradigma Publicación Suscripción

    La expresividad de los filtros está determinada por modelo de la suscripción. Los suscriptores pueden revocar este interés mediante la correspondiente operación de cancelacion−suscripcion( f ). Cuando los eventos llegan a un suscriptor, los eventos se entregan usando una operación de notificacion(e).

    Algunos sistemas complementan el conjunto de operaciones anuncios. Con los anuncios, 

los editores tienen la opción de declarar la naturaleza de los eventos futuros a través de una operación de anuncios( f ). 

Modelo de Subscripción 

    La expresividad de los sistemas de publicación-suscripción está determinada por el modelo de suscripción, que cuentan con una serie de esquemas o filtros [1] [2]:

• Basado en canales : en este enfoque, los editores publican eventos en canales con nombre y los suscriptores luego se suscriben a uno de estos canales para recibir todos los eventos enviados a ese canal. Este esquema es el único que se define en un canal físico. 

• Basado en temas : se asume que cada notificación se expresa en términos de varios campos, con un campo que denota el tema. Las suscripciones se definen en función del tema de interés. Este enfoque es equivalente a los enfoques basados en canales con la diferencia de que los temas se definen implícitamente, pero se declaran como parte de un campo en el enfoque basados en temas. 

• Basado en contenidos : son una generalización de enfoques basados en temas que permiten la expresión de suscripciones en una variedad de campos en solo una notificación del evento. Más específicamente, un filtro basado en contenido es una consulta definida en términos de composiciones de restricciones sobre los valores de los atributos del evento. Por ejemplo, un suscriptor podría expresar interés en eventos relacionados con el tema de los sistemas de publicación-suscripción, donde el sistema en cuestión es el Servicio de eventos CORBA y el autor es Tim Kindberg o Gordon Blair.  

• Basado en tipo : las suscripciones se definen en términos de tipos de eventos y la coincidencia se define en términos de tipos o subtipos del filtro dado. Este enfoque puede expresar una variedad de filtros, desde un filtrado basado en nombres de tipo generales hasta consultas más detalladas que definen atributos y métodos de un objeto dado. Estos filtros detallados son similares en expresividad a los enfoques basados en contenido.

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