Struttura di un sistema distribuito

La struttura di un sistema distribuito é quella che consente di ottenere quanto specificato prima nella sua definizione. Andiamo per ordine.

Per prima cosa definiamo un nodo generico in un sistema distribuito.

Nodi

Un nodo in un sistema distribuito non è altro che un processo in esecuzione su di un host. Questo processo deve poter scambiare messaggi con gli altri nodi del sistema. Questa definizione fa si che ogni nodo deve possedere almeno un client o un server per un protocollo di comunicazione utilizzato nel sistema.

Esempio: logger di sistema

Un nodo che fa da logger per il sistema avrà un server in ascolto degli eventi generati nel sistema ed andrà poi a salvarli secondo la politica definita da chi ha progettato il sistema stesso.

Middleware

Il middleware è un software che facilita la comunicazione e la collaborazione tra i componenti di un sistema distribuito. Può fornire servizi come la serializzazione dei dati, la gestione degli errori e la sicurezza.

Serializzazione dei dati

La serializzazione dei dati è il processo di conversione dei dati in un formato che può essere facilmente trasferito tra diversi sistemi. Il middleware può fornire servizi di serializzazione dei dati per garantire che i dati possano essere scambiati tra i componenti di un sistema distribuito in modo efficiente e affidabile.

Gestione degli errori

La gestione degli errori è il processo di rilevamento, diagnosi e risoluzione degli errori in un sistema informatico. Il middleware può fornire servizi di gestione degli errori per garantire che i sistemi distribuiti siano in grado di rilevare e recuperare dagli errori in modo efficiente.

Sicurezza

La sicurezza è un aspetto importante dei sistemi distribuiti, in quanto questi sistemi sono spesso esposti a minacce da parte di hacker e altri malintenzionati. Il middleware può fornire servizi di sicurezza per proteggere i dati e le risorse dei sistemi distribuiti.

Esempi di middleware

Ecco alcuni esempi specifici di come il middleware può essere utilizzato per facilitare la comunicazione e la collaborazione tra i componenti di un sistema distribuito:

Un sistema di e-commerce potrebbe utilizzare il middleware per consentire ai clienti di effettuare acquisti online da aziende in tutto il mondo. Il middleware potrebbe fornire servizi di serializzazione dei dati per convertire i dati relativi agli ordini in un formato che possa essere facilmente trasferito tra i sistemi dei venditori e dei clienti. Il middleware potrebbe anche fornire servizi di gestione degli errori per garantire che gli ordini vengano elaborati correttamente anche in caso di errori. Infine, il middleware potrebbe fornire servizi di sicurezza per proteggere i dati dei clienti.
Un sistema di logistica potrebbe utilizzare il middleware per consentire ai dipendenti di tracciare i movimenti delle merci da un luogo all’altro. Il middleware potrebbe fornire servizi di serializzazione dei dati per convertire i dati relativi alle merci in un formato che possa essere facilmente trasferito tra i sistemi dei diversi fornitori di servizi di logistica. Il middleware potrebbe anche fornire servizi di gestione degli errori per garantire che le merci vengano tracciate correttamente anche in caso di errori. Infine, il middleware potrebbe fornire servizi di sicurezza per proteggere i dati relativi alle merci.
Un sistema di sanità potrebbe utilizzare il middleware per consentire ai medici di condividere dati e informazioni sui pazienti. Il middleware potrebbe fornire servizi di serializzazione dei dati per convertire i dati relativi ai pazienti in un formato che possa essere facilmente trasferito tra i sistemi dei diversi medici. Il middleware potrebbe anche fornire servizi di gestione degli errori per garantire che i dati sui pazienti vengano condivisi correttamente anche in caso di errori. Infine, il middleware potrebbe fornire servizi di sicurezza per proteggere i dati sui pazienti.

API Gateway

L’API Gateway è un componente di un sistema distribuito che funge da punto di ingresso per le richieste dall’esterno. Il Gateway smista le richieste tra i nodi interni del sistema, che sono responsabili di elaborarle e fornire le risposte.

Il Gateway è un componente importante dei sistemi distribuiti perché consente di:

Proteggere il sistema dagli attacchi esterni. Il Gateway può essere utilizzato per applicare controlli di sicurezza, come l’autenticazione e l’autorizzazione, per proteggere il sistema dagli attacchi esterni.
Snellire il carico sulle risorse del sistema. Il Gateway può essere utilizzato per distribuire il carico sulle risorse del sistema, migliorando le prestazioni e la scalabilità.
Aggiungere funzionalità di sicurezza e gestione. Il Gateway può essere utilizzato per aggiungere funzionalità di sicurezza e gestione al sistema, come la registrazione, il monitoraggio e l’analisi delle prestazioni.

Come accennato nel testo, un sovraccarico nel Gateway potrebbe compromettere la responsività e la stabilità del sistema distribuito. Per questo motivo, nei sistemi distribuiti è spesso preferibile utilizzare un API Gateway distribuito.

Un API Gateway distribuito è costituito da un insieme di nodi che lavorano insieme per gestire il traffico in entrata. Questo approccio consente di distribuire il carico su più nodi, migliorando la scalabilità e la disponibilità del Gateway.

Ecco alcuni esempi di come un API Gateway distribuito può essere utilizzato per migliorare la scalabilità e la disponibilità di un sistema distribuito:

Se un nodo del Gateway si interrompe, il carico viene distribuito automaticamente sugli altri nodi.
Se il traffico in entrata aumenta, è possibile aggiungere o rimuovere nodi dal Gateway per adattarsi al carico.

Broker dei messaggi

I nodi di un sistema distribuito devono essere il più possibile indipendenti gli uni dagli altri. Questo perché i moduli indipendenti consentono di sviluppare applicazioni nei sistemi distribuiti in modo che ogni servizio/componente che va a formare il sistema non è legato agli altri componenti, bensì emette dei messaggi quando si verificano eventi che possono interessare altri nodi del sistema.

Questo approccio alla progettazione dei sistemi distribuiti è noto come comunicazione asincrona. La comunicazione asincrona consente ai moduli di comunicare tra loro senza dover essere sincronizzati tra loro. Ciò rende i sistemi distribuiti più flessibili e scalabili.

Ecco alcuni dei vantaggi della comunicazione asincrona nei sistemi distribuiti:

Flessibilità: i moduli possono comunicare tra loro indipendentemente dal loro stato o posizione.
Scalabilità: i sistemi distribuiti possono essere scalati facilmente aggiungendo o rimuovendo moduli.
Risparmio di risorse: i moduli non devono attendere la risposta di altri moduli prima di continuare a elaborare i dati.

I broker dei messaggi sono un componente chiave dei sistemi distribuiti che supportano la comunicazione asincrona. I broker dei messaggi consentono ai moduli di inviare messaggi a un luogo centralizzato, dove i messaggi possono essere instradati ad altri moduli.

I broker dei messaggi offrono una serie di funzionalità che possono aiutare a migliorare la comunicazione asincrona nei sistemi distribuiti, tra cui:

Routing: i broker dei messaggi possono instradare i messaggi ai moduli appropriati in base a una varietà di criteri, come il tipo di messaggio, la destinazione del messaggio o le proprietà del messaggio.
Conservazione: i broker dei messaggi possono conservare i messaggi in modo che possano essere inoltrati ai moduli anche se non sono disponibili al momento della ricezione del messaggio.
Sicurezza: i broker dei messaggi possono fornire funzionalità di sicurezza per proteggere i messaggi dalla lettura o dalla modifica non autorizzata.

Esempi di utilizzo dei broker dei messaggi

I broker dei messaggi possono essere utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui:

Integrazione di sistemi: i broker dei messaggi possono essere utilizzati per integrare sistemi eterogenei, consentendo loro di comunicare tra loro.
Elaborazione distribuita: i broker dei messaggi possono essere utilizzati per distribuire l’elaborazione di un’applicazione su più nodi, migliorando le prestazioni e la scalabilità.
Notifiche: i broker dei messaggi possono essere utilizzati per inviare notifiche agli utenti o ai sistemi, come avvisi di errore o aggiornamenti di stato.

Approfondimenti sulla comunicazione asincrona

La comunicazione asincrona è un approccio alla comunicazione tra moduli in un sistema distribuito in cui i moduli non sono sincronizzati tra loro. Ciò significa che i moduli possono inviare messaggi a un altro modulo senza attendere una risposta.

La comunicazione asincrona offre una serie di vantaggi rispetto alla comunicazione sincrona, tra cui:

Flessibilità: i moduli possono comunicare tra loro indipendentemente dal loro stato o posizione.
Scalabilità: i sistemi distribuiti possono essere scalati facilmente aggiungendo o rimuovendo moduli.
Risparmio di risorse: i moduli non devono attendere la risposta di altri moduli prima di continuare a elaborare i dati.

Implementazioni di broker dei messaggi

Esistono una varietà di broker dei messaggi disponibili, tra cui:

Mosquitto
Apache ActiveMQ
Apache Kafka
RabbitMQ
Amazon Simple Queue Service (SQS)
Microsoft Azure Service Bus

Questi broker dei messaggi offrono una varietà di funzionalità e opzioni di configurazione per soddisfare le esigenze specifiche di un’applicazione.

Servizi di Service Discovery

I servizi di Service Discovery sono un componente importante dei sistemi distribuiti. Questi servizi consentono ai nodi di un sistema distribuito di trovare i servizi di cui hanno bisogno.

Problema del Service Discovery

Il problema del Service Discovery è un problema fondamentale dei sistemi distribuiti. I nodi di un sistema distribuito possono essere sparsi in diverse posizioni e possono essere aggiunti o rimossi dal sistema in qualsiasi momento. Per questo motivo, i nodi devono essere in grado di trovare i servizi di cui hanno bisogno, anche se i servizi si spostano o vengono eliminati.

Approccio di base

Un approccio di base al problema del Service Discovery è quello di utilizzare un server di discovery centralizzato. Il server di discovery mantiene un registro di tutti i servizi disponibili nel sistema. Quando un nodo ha bisogno di un servizio, invia una richiesta al server di discovery. Il server di discovery risponde al nodo con l’indirizzo IP e la porta del nodo che fornisce il servizio richiesto.

Protocollo di Discovery

Il protocollo di discovery è il modo in cui i nodi comunicano con il server di discovery. Il protocollo di discovery è solitamente semplice e comprende solo un paio di comandi:

[DISCOVER] - Questo comando viene utilizzato da un nodo per richiedere al server di discovery l’indirizzo IP e la porta del nodo che fornisce un particolare servizio.
[REGISTER] - Questo comando viene utilizzato da un nodo per registrare un nuovo servizio con il server di discovery.

Vantaggi dei servizi di Service Discovery

I servizi di Service Discovery offrono una serie di vantaggi, tra cui:

Riduzione della complessità: I servizi di Service Discovery semplificano la scoperta dei servizi per i nodi dei sistemi distribuiti. I nodi non devono più conoscere l’indirizzo IP e la porta di ogni servizio che devono utilizzare.
Migliore scalabilità: I servizi di Service Discovery consentono ai sistemi distribuiti di essere scalati più facilmente. I nodi possono essere aggiunti o rimossi dal sistema senza influire sulla capacità dei nodi di trovare i servizi di cui hanno bisogno.
Migliore disponibilità: I servizi di Service Discovery possono aiutare a migliorare la disponibilità dei sistemi distribuiti. Se un nodo che fornisce un servizio si interrompe, il server di discovery può indirizzare le richieste al nodo di backup.

Esempi

I servizi di Service Discovery sono utilizzati in una varietà di sistemi distribuiti, tra cui:

Sistemi di cloud computing: I servizi di Service Discovery sono utilizzati nei sistemi di cloud computing per consentire ai nodi di trovare i servizi di cui hanno bisogno.
Sistemi di big data: I servizi di Service Discovery sono utilizzati nei sistemi di big data per consentire ai nodi di trovare i dati di cui hanno bisogno.
Sistemi di e-commerce: I servizi di Service Discovery sono utilizzati nei sistemi di e-commerce per consentire ai nodi di trovare i prodotti di cui hanno bisogno.

Approfondimenti

I servizi di Service Discovery sono un componente importante dei sistemi distribuiti. Questi servizi consentono ai nodi di trovare i servizi di cui hanno bisogno, anche se i servizi si spostano o vengono eliminati.

I servizi di Service Discovery possono essere implementati in una varietà di modi. Un approccio comune è utilizzare un server di discovery centralizzato. Tuttavia, i servizi di Service Discovery possono anche essere implementati in modo decentralizzato.

I servizi di Service Discovery sono un’area attiva di ricerca. I ricercatori stanno lavorando per sviluppare nuovi protocolli di discovery e nuove tecniche per migliorare le prestazioni e la scalabilità dei servizi di Service Discovery.

Servizi di HeartBeat

Un protocollo di heartbeat è un protocollo che consente ad un processo di capire se un altro processo è attivo oltre a recuperare eventualmente altre informazioni relative al carico corrente del processo remoto.

I protocolli di heartbeat sono un componente importante dei sistemi distribuiti. Questi protocolli consentono ai nodi di un sistema distribuito di monitorarsi a vicenda e di rilevare eventuali guasti.

Tipologie di protocolli di heartbeat

Esistono due principali tipologie di protocolli di heartbeat:

Heartbeat centralizzati: in questo caso, esiste un server di heartbeat centralizzato che invia periodicamente messaggi ai nodi del sistema. Se un nodo non risponde al messaggio di heartbeat, il server di heartbeat lo considera non più attivo.
Heartbeat decentralizzati: in questo caso, ogni nodo del sistema invia periodicamente messaggi di heartbeat ad altri nodi del sistema. Se un nodo non riceve un messaggio di heartbeat da un altro nodo per un periodo di tempo predefinito, lo considera non più attivo.

Vantaggi dei protocolli di heartbeat

I protocolli di heartbeat offrono una serie di vantaggi, tra cui:

Rilevamento dei guasti: i protocolli di heartbeat consentono di rilevare i guasti dei nodi del sistema in modo rapido e preciso.
Monitoraggio del carico: i protocolli di heartbeat possono essere utilizzati per monitorare il carico dei nodi del sistema. Queste informazioni possono essere utilizzate per migliorare la scalabilità e la disponibilità del sistema.

Esempi

I protocolli di heartbeat sono utilizzati in una varietà di sistemi distribuiti, tra cui:

Sistemi di cloud computing: i protocolli di heartbeat sono utilizzati nei sistemi di cloud computing per rilevare i guasti dei nodi del sistema e per bilanciare il carico tra i nodi.
Sistemi di big data: i protocolli di heartbeat sono utilizzati nei sistemi di big data per monitorare il carico dei nodi del sistema e per garantire l’affidabilità del sistema.
Sistemi di e-commerce: i protocolli di heartbeat sono utilizzati nei sistemi di e-commerce per monitorare il carico dei nodi del sistema e per garantire la disponibilità del sistema.

Approfondimenti

I protocolli di heartbeat sono un componente importante dei sistemi distribuiti. Questi protocolli consentono di garantire la disponibilità e la scalabilità dei sistemi distribuiti.

La scelta del tipo di protocollo di heartbeat da utilizzare dipende dalle esigenze specifiche del sistema. I protocolli heartbeat centralizzati sono più semplici da implementare, ma possono essere meno efficienti dei protocolli heartbeat decentralizzati. I protocolli heartbeat decentralizzati possono essere più efficienti, ma possono essere più complessi da implementare.

I protocolli di heartbeat possono essere utilizzati per rilevare guasti di diverso tipo, tra cui:

Guasti del software: i protocolli di heartbeat possono rilevare i guasti del software se il nodo non è in grado di rispondere ai messaggi di heartbeat.
Guasti dell’hardware: i protocolli di heartbeat possono rilevare i guasti dell’hardware se il nodo non è in grado di comunicare con altri nodi del sistema.
Guasti della rete: i protocolli di heartbeat possono rilevare i guasti della rete se il nodo non è in grado di ricevere o inviare messaggi di heartbeat.

I protocolli di heartbeat possono essere utilizzati per monitorare il carico dei nodi del sistema in diversi modi, tra cui:

Inviando messaggi di heartbeat contenenti informazioni sul carico del nodo.
Inviando messaggi di heartbeat a intervalli diversi a seconda del carico del nodo.
Utilizzando un algoritmo di clustering per raggruppare i nodi in base al loro carico.

Esempio di implementazione

Un esempio di implementazione di un protocollo di heartbeat centralizzato è il seguente:

Il server di heartbeat mantiene un registro di tutti i nodi del sistema.
Il server di heartbeat invia periodicamente messaggi di heartbeat a tutti i nodi del sistema.
Se un nodo non risponde al messaggio di heartbeat, il server di heartbeat lo considera non più attivo.

Un esempio di implementazione di un protocollo di heartbeat decentralizzato è il seguente:

Ogni nodo del sistema invia periodicamente messaggi di heartbeat ad altri nodi del sistema.
Se un nodo non riceve un messaggio di heartbeat da un altro nodo per un periodo di tempo predefinito, lo considera non più attivo.

In questo caso, i nodi del sistema possono essere raggruppati in cluster in base al loro carico. I nodi di un cluster inviano messaggi di heartbeat solo ai nodi di altri cluster. Ciò consente di migliorare l’efficienza del protocollo di heartbeat.