Organização de Computadores

Programação distribuída

Existem várias razões para escrever aplicações distribuídas. Entre elas:

Velocidade
Fiabilidade e tolerância a falhas
Acesso a recurso de nós remotos
Escalabilidade do sistema

O primeiro passo para criar um ambiente distribuído em Erlang é transformar a shell num nó com capacidades de comunicação remota. A partir desse momento é possível executar diversas operações, como por exemplo:

Um processo num dado nó pode monitorizar processos em nós remotos ou mesmo monitorizar todo o nó
Lançar um processo num nó remoto
Enviar mensagens a processos em nós remotos

Criação de nós

Para criar um nó de um ambiente distribuído em Erlang podem ser usadas as seguintes flags na linha de comando do sistema operativo (em windows substituir o comando erl por werl):

erl -name nome_do_nó

Cria um nó Erlang. O nome do nó será nome_do_nó@máquina.domínio

Exemplo:

erl -name no1

Eshell V4.7 (abort with ^G) (no1@alvega.dei.isep.ipp.pt)1>

erl -sname nome_do_nó

À semelhança de -name cria um nó distribuído. No entanto o formato será nome_do_nó@máquina

Exemplo:

erl -sname no1

Eshell V4.7 (abort with ^G) (no1@alvega)1>

Esta é por vezes a única forma de criar nós num ambiente sem DNS (Domain Name Service).

Nota: Não existirá comunicação entre os nós criados com -name e aqueles criados com -sname, uma vez que os
nomes dos nós têm de ser únicos num sistema distribuído.

BIFs para programação distribuída

O mecanismo de distribuição é internamente implementado usando sockets TCP/IP.

No Erlang são usadas as seguintes BIFs para programação distribuída:

spawn(Nó, Módulo, Função, Lista de argumentos) - cria e inicia um processo no nó indicado.
spawn_link(Nó, Módulo, Função, Lista de argumentos) - cria e inicia um processo no nó indicado, estabelecendo uma ligação com esse processo.
monitor_node(Nó, true | false) - o processo monitoriza o nó indicado. Se o nó falhar (ou não existir) o processo receberá uma mensagem {nodedown, Nó}.
node( ) - retorna o nome do próprio nó.
nodes( ) - retorna uma lista de todos os nós conhecidos pelo nó que invoca a função.
node(Item) - retorna o nome do nó identificado por Item. Item pode ser um pid, uma referência ou uma porta.
erlang:disconnect_node(Nó) - retira a conexão com o nó indicado.

As funções spawn/4 e spawn_link/4 retornam à semelhança das suas versões com 3 argumentos um Pid que pode ser usado da forma habitual. No caso de spawn_link/4, se o nó não existir é gerado um sinal EXIT. Quase todas as operações que são normalmente usadas com Pids locais também são permitidas com Pids remotos. Por exemplo, podem ser enviadas mensagens para processos remotos e podem ser estabelecidas ligações entre os processos tal como se se tratassem de processos locais.

Para enviar mensagens a processos registados num dado nó usamos a seguinte notação:

{Nome do processo, Nome do nó} ! Mensagem

Nota: Nesta aula ainda só vai ser possível criar nós na mesma máquina (abrir portos diferentes no mesmo endereço IP). O mecanismo de autenticação entre nós de IPs diferentes será abordado na próxima aula.

Conexões entre nós

As conexões entre nós são estabelecidas na primeira vez que se usa o nome de um nó remoto, por exemplo se for usada a função spawn/4 ou net_adm:ping(Nó). Podem ainda ser explicitamente estabelecidas conexões entre nós, usando a função net_kernel:connect_node(Nó). No entanto, só será necessário estabelecer conexões explicitamente se tiver sido usada a flag -dist_auto_connect na linha de comandos.

As conexões são, por omissão, transitivas. Se um nó A se conectar a um nó B e este tiver uma conexão com um nó C, então A tentará estabelecer uma conexão com o nó C. Esta característica pode ser alterada se se usar a flag -connect_all false na linha de comando.

Exercícios

1) Crie 2 ou mais nós na mesma máquina. Num dos nós lance um processo que aguarda mensagens originadas por processos do(s) restante(s) nó(s). Sempre que recebe uma mensagem deve imprimi-la, indicando o pid e o nó do emissor e devolve uma confirmação de recepção.

2) Crie um sistema com um nó central e 6 nós periféricos, de acordo com a figura 1.

modelo estrela

Fig. 1 - Modelo de rede em estrela

Um processo master do nó central deverá criar um processo slave em cada um dos nós periféricos e aguardar pedidos de clientes (que podem estar em qualquer um destes 7 nós ou noutros nós que podem ser criados na máquina).

Os clientes recebem da linha de comando uma lista de inteiros e pedem ao processo master que some o seu conteúdo.

Sempre que o master recebe um pedido de um cliente, envia a um dos slaves a lista recebida, aguarda o valor final da soma do seu conteúdo e devolve-o ao cliente. A distribuição de pedidos pelos slaves deve obedecer a uma política round robin.

Se um processo slave terminar anormalmente deve ser recriado pelo master.

Se o master receber uma mensagem stop, deve avisar todos os slaves que devem terminar normalmente. Após ter a confirmação de que todos os slaves terminaram, ele próprio deve terminar.