Le architetture dei Sistemi Informativi Distribuiti

Architetture dei Sistemi Informativi Distribuiti

Oggi i sistemi informativi distribuiti rappresentano la tipologia di sistema più diffusa. Tuttavia, per comprenderne appieno le potenzialità, le funzionalità e l’architettura, è importante fare un passo indietro e analizzare i sistemi informativi centralizzati che dominavano fino a circa un decennio fa e che, in alcuni casi, sono ancora utilizzati.

Architettura centralizzata

Un’architettura centralizzata è caratterizzata da elaboratori e unità di memoria tipicamente concentrati in un’unica stanza, denominata CED (Centro Elaborazione Dati) o SED (Servizio Elaborazione Dati). In questo sistema centralizzato, tutta la potenza di calcolo e di memoria è fisicamente situata in un unico luogo chiuso e accessibile solo agli operatori. Gli utenti possono interagire con il sistema esclusivamente tramite terminali, postazioni di lavoro fisse e prive di elaborazione autonoma. Questi terminali consentono solo operazioni di input-output, poiché non dispongono di CPU o memoria propria, ma solo di tastiera e video per comunicare con il sistema di elaborazione centrale e visualizzare le risposte.

I terminali vengono solitamente collegati ai sistemi di elaborazione tramite linee dedicate, come linee seriali o cavi coassiali, che corrono dalla postazione di lavoro dell’utente fino al centro di elaborazione. Se la distanza tra terminale e nodo di elaborazione è eccessiva, i terminali possono essere collegati a un concentratore, un’apparecchiatura di telecomunicazione che raggruppa più linee e convoglia il flusso di input-output su un’unica linea dedicata, ad esempio un collegamento modem tra una sede remota e il nodo di elaborazione.

È importante sottolineare che queste postazioni di lavoro sono fisse e prive di capacità di elaborazione autonoma. Inoltre, utilizzare un personal computer in modalità emulazione terminale non significa avere un vero e proprio terminale, poiché il personal computer possiede una propria capacità di elaborazione e di memorizzazione dei dati. L’avvento dei personal computer e delle reti ha segnato la fine dei vecchi sistemi informativi centralizzati e ha portato alla nascita e allo sviluppo dei sistemi informativi distribuiti.

Architetture distribuite

Un sistema informativo distribuito può essere rappresentato come mostrato in figura: le postazioni di lavoro sono diventate nodi di elaborazione autonomi, ovvero personal computer fissi (come quelli che troviamo sulle nostre scrivanie) o mobili (utilizzati da persone che viaggiano frequentemente). Sebbene esistano ancora server collegati alla rete locale o geografica, non sono più gli unici depositari della potenza di calcolo e della capacità di memorizzazione. La capacità di memorizzazione è ancora presente, ma tipicamente distribuita. Il cambiamento fondamentale sta nel fatto che sia la potenza di elaborazione che la capacità di memoria non sono più concentrate in un unico luogo, ma distribuite e potenzialmente mobili, potendo essere dislocate presso i responsabili del servizio (coloro che gestiscono il successore del CED, ovvero il server di elaborazione) e in parte anche presso gli utenti stessi, che possono svolgere operazioni ed elaborare dati in autonomia.

Elementi chiave delle architetture dei sistemi informativi distribuiti

I sistemi informativi distribuiti (DIS) si basano su diversi elementi software che lavorano insieme per facilitare la comunicazione, il coordinamento e la gestione delle risorse tra i nodi distribuiti. Questi elementi chiave includono:

1. Middleware: Il middleware funge da strato intermedio tra le applicazioni e il sistema operativo sottostante, fornendo servizi essenziali per il funzionamento di un DIS. Alcune delle sue funzioni principali includono:

Comunicazione: Il middleware facilita la comunicazione tra le applicazioni distribuite, gestendo la trasmissione di dati e messaggi tra i nodi.
Coordinamento: Il middleware garantisce il coordinamento delle attività tra i nodi, assicurando che le operazioni siano eseguite in modo ordinato e coerente.
Sicurezza: Il middleware implementa meccanismi di sicurezza per proteggere i dati e le risorse distribuite da accessi non autorizzati e intrusioni.
Servizi di supporto: Il middleware fornisce servizi di supporto come la gestione delle transazioni, il naming e la directory, e il monitoraggio del sistema.

2. Algoritmi distribuiti: Gli algoritmi distribuiti sono progettati specificamente per funzionare in ambienti distribuiti, affrontando le sfide uniche poste dalla distribuzione dei dati e dei compiti. Alcuni tipi comuni di algoritmi distribuiti includono:

Algoritmi di consenso: Questi algoritmi garantiscono che tutti i nodi del sistema raggiungano un accordo su uno stato condiviso, come il valore di una variabile o la decisione su un’azione da intraprendere.
Algoritmi di elezione: Questi algoritmi selezionano un nodo leader tra un gruppo di nodi, il che può essere utile per attività come la gestione delle risorse o la coordinazione del sistema.
Algoritmi di deadlock: Questi algoritmi prevengono o risolvono situazioni di deadlock, che si verificano quando due o più nodi sono bloccati in attesa di risorse reciprocamente detenute.

3. Gestione dei dati distribuiti: La gestione dei dati distribuiti si occupa dell’archiviazione, del recupero e della manipolazione efficaci dei dati distribuiti su più nodi. Le sfide principali includono:

Coerenza dei dati: Garantire che tutti i nodi abbiano accesso alla stessa versione aggiornata dei dati.
Disponibilità dei dati: Assicurare che i dati siano sempre accessibili ai nodi che ne necessitano, anche in caso di guasti a singoli nodi.
Replica dei dati: Copiare i dati su più nodi per migliorare la disponibilità e le prestazioni.

4. Sicurezza in un sistema distribuito: La sicurezza in un sistema distribuito è fondamentale per proteggere i dati e le risorse da accessi non autorizzati, intrusioni e altre minacce. Le misure di sicurezza tipiche includono:

Autenticazione e autorizzazione: Verificare l’identità degli utenti e concedere loro i permessi appropriati per accedere alle risorse.
Crittografia: Proteggere i dati in transito e a riposo utilizzando tecniche di crittografia.
Firewall e sistemi di rilevamento delle intrusioni: Implementare firewall e sistemi di rilevamento delle intrusioni per monitorare il traffico di rete e identificare potenziali minacce.

5. Strumenti di gestione dei sistemi distribuiti: Gestire un sistema distribuito complesso richiede strumenti specializzati per monitorare, configurare e risolvere i problemi del sistema. Questi strumenti possono includere:

Strumenti di monitoraggio: Monitorare le prestazioni del sistema, l’utilizzo delle risorse e l’integrità dei nodi.
Strumenti di configurazione: Gestire la configurazione del sistema, ad esempio le impostazioni di rete, i parametri di sicurezza e le definizioni delle applicazioni.
Strumenti di debug: Diagnosticare e risolvere problemi all’interno del sistema distribuito.

In sintesi, i sistemi informativi distribuiti offrono un paradigma potente e flessibile per l’elaborazione distribuita, ma richiedono una progettazione, un’implementazione e una gestione attenti per sfruttare appieno i loro vantaggi e affrontare le sfide uniche associate alla distribuzione dei dati e dei compiti. La comprensione degli elementi chiave discussi in questo articolo è fondamentale per costruire e mantenere sistemi distribuiti affidabili, scalabili e sicuri.