Fundamentos de Sistemas Distribuidos: Arquitectura, Ventajas y Desafíos

¿Qué es un Sistema Distribuido?

Un Sistema Distribuido (SD) se define como una colección de computadores físicos que, en conjunto, conforman un único computador lógico.

Características de los Sistemas Distribuidos

Los sistemas distribuidos se componen de un gran número de Unidades Centrales de Procesamiento (CPU) interconectadas mediante una red de alta velocidad.

Contraste con Sistemas Centralizados

En contraposición, un Sistema Centralizado consiste en una única CPU, sus periféricos asociados y algunos terminales.

Software en Sistemas Distribuidos

Los sistemas distribuidos requieren un software fundamentalmente distinto al empleado en los sistemas centralizados. Ejemplos notables de sistemas operativos para entornos distribuidos incluyen:

• Amoeba
• Inferno
• Plan 9

Ventajas de los Sistemas Distribuidos frente a los Centralizados

Los sistemas distribuidos ofrecen beneficios significativos en comparación con los sistemas centralizados:

• Economía: Los microprocesadores proporcionan una mejor relación precio/rendimiento en comparación con los mainframes.
• Velocidad: Un sistema distribuido puede alcanzar un poder de cómputo superior al de un mainframe individual.
• Distribución Natural: Facilita la gestión de aplicaciones que operan con máquinas geográficamente dispersas.
• Confiabilidad: Permite que el sistema continúe operando a pesar de la falla de una de sus máquinas.
• Crecimiento Incremental: El poder de cómputo puede aumentarse progresivamente mediante la adición de nuevos nodos.

Desventajas de los Sistemas Distribuidos

A pesar de sus ventajas, los sistemas distribuidos también presentan desafíos:

• Software: La disponibilidad de software específico para sistemas distribuidos aún es limitada.
• Redes: La saturación de la red puede convertirse en un cuello de botella.
• Seguridad: La compartición de datos puede comprometer la seguridad de la información.

Objetivo Principal de un Sistema Operativo Distribuido

El objetivo primordial de un Sistema Operativo Distribuido (SOD) es integrar en un único sistema todos los recursos y servicios que se encuentran distribuidos en diferentes equipos.

Gestión Global de Recursos

Un SOD debe gestionar de manera global los siguientes recursos:

• Procesadores
• Memoria
• Sistema de Ficheros
• Dispositivos de Entrada/Salida (E/S)

Tipos de Sistemas Operativos de Red

Sistemas Operativos de Redes

Estos sistemas se caracterizan por un software débilmente acoplado sobre un hardware débilmente acoplado, como una red de estaciones de trabajo conectadas mediante una LAN. Una mejora común en estos sistemas es la incorporación de servidores de archivos organizados jerárquicamente.

Sistemas Realmente Distribuidos

En esta categoría, el software está fuertemente acoplado sobre un hardware débilmente acoplado (multicomputadores). Su objetivo es proporcionar un sistema virtual de tiempo compartido, donde toda la red se percibe como una única entidad, abstraendo la diversidad de máquinas subyacentes. Aspectos clave incluyen la comunicación, la protección y la administración de procesos.

Sistemas Multiprocesadores de Tiempo Compartido

Estos sistemas combinan software fuertemente acoplado con hardware fuertemente acoplado. Su meta es ofrecer un sistema de multiprogramación con múltiples procesadores. Por ejemplo, un multiprocesador con 32 CPUs de 30 MIPS puede emular el rendimiento de un uniprocesador de 960 MIPS.

El Concepto de Transparencia

La transparencia busca que un conjunto de máquinas se presente al usuario como una única máquina de tiempo compartido.

Tipos de Transparencia

• Transparencia de Localización: Los usuarios no necesitan conocer la ubicación física de los recursos.
• Transparencia de Migración: Los recursos pueden moverse sin que sus nombres se vean afectados.
• Transparencia de Réplica: Los usuarios no son conscientes del número de copias de un recurso existente.
• Transparencia de Concurrencia: Permite que múltiples usuarios compartan recursos de forma automática y sin intervención explícita.
• Transparencia de Paralelismo: Las actividades pueden ejecutarse en paralelo sin que los usuarios tengan que gestionarlo directamente.