12 Sistemas Operativos Distribuidos y Aplicaciones Distribuidas
12.1 Introducción
Un sistema operativo distribuido permite coordinar múltiples computadoras conectadas por una red, haciéndolas funcionar como si fueran una única máquina. Esto permite que las aplicaciones distribuidas puedan ejecutarse de manera fluida y eficiente, aprovechando recursos repartidos en diferentes lugares.
12.2 ¿Qué es un contenedor?
Antes de entender cómo funcionan aplicaciones modernas como Netflix o WhatsApp, es importante saber qué son los contenedores, ya que forman la base de estas aplicaciones.
Un contenedor es una manera ligera de empaquetar aplicaciones con todas las dependencias necesarias (programas, bibliotecas, configuraciones). A diferencia de las máquinas virtuales (que simulan hardware completo), los contenedores usan directamente el kernel del sistema operativo del servidor, haciéndolos rápidos y eficientes.
12.2.1 Un ejemplo técnico simple: Docker
Docker es una tecnología popular para crear contenedores:
- Imágenes Docker: son paquetes listos para ejecutarse (por ejemplo, una base de datos como PostgreSQL).
- Contenedores: cuando ejecutás una imagen (ej.:
docker run postgres), Docker crea un entorno aislado con recursos propios. - Este aislamiento se logra usando mecanismos como Namespaces y Cgroups, que protegen y controlan los recursos asignados.
Netflix y contenedores: Netflix usa contenedores para procesar videos. Cada contenedor transforma una pequeña parte de una película en paralelo, acelerando la entrega del contenido al usuario.
12.3 Sistemas Operativos Distribuidos: Gestión eficiente de recursos
Un sistema operativo distribuido coordina recursos (memoria, CPU, almacenamiento) ubicados en distintos lugares. Su objetivo es ocultar la complejidad de dónde están físicamente los recursos y garantizar que las aplicaciones funcionen como si todo estuviera en una sola máquina.
12.3.1 Ejemplo real: Google File System (GFS)
Google usa un sistema llamado GFS para almacenar información en muchos servidores diferentes. GFS divide los archivos en bloques, los guarda en varios servidores y, si alguno falla, automáticamente recupera los datos de otro servidor sin que el usuario note interrupciones.
12.4 Aplicaciones Distribuidas: ¿Qué son y cómo funcionan?
Una aplicación distribuida es aquella que divide su lógica en distintas partes ejecutadas en varias computadoras conectadas en red. A ojos del usuario, todo funciona como una sola aplicación.
12.4.1 Ejemplo práctico: WhatsApp
Cuando enviás un mensaje en WhatsApp:
- Tu teléfono envía el mensaje cifrado a servidores distribuidos por el mundo.
- El mensaje queda almacenado temporalmente hasta que el destinatario se conecta.
- El servidor sincroniza el mensaje con todos los dispositivos que el destinatario tenga conectados (WhatsApp Web, por ejemplo).
- Todo esto ocurre en menos de un segundo, sin que el usuario note los detalles internos.
12.5 Kubernetes: Coordinador de Aplicaciones Distribuidas
Kubernetes es una herramienta que automatiza la gestión de aplicaciones distribuidas usando contenedores. No es exactamente un sistema operativo, pero realiza funciones similares coordinando recursos de muchas computadoras.
12.5.1 Funciones importantes de Kubernetes
| Función | Ejemplo | Qué hace internamente |
|---|---|---|
| Autoescalado | Netflix aumenta capacidad durante estrenos | Añade contenedores automáticamente |
| Autorreparación | Spotify reinicia automáticamente servicios con errores | Detecta fallos y reinicia contenedores |
| Balanceo de carga | Mercado Libre distribuye tráfico en grandes eventos | Reparte las solicitudes entre nodos |
12.5.2 Arquitectura básica de Kubernetes
- Nodo Maestro: Coordina todas las actividades del sistema.
- Nodos Trabajadores: Ejecutan las aplicaciones en contenedores.
- Base de Datos Distribuida (etcd): Guarda la configuración del sistema.
Analogía: Kubernetes es como un director de orquesta, que coordina los instrumentos (contenedores) para que la música (aplicación) sea perfecta, incluso si algún músico (computadora) falla.
12.6 Cómo trabajan juntos: del usuario a la respuesta
Cuando enviás un mensaje en WhatsApp, sucede lo siguiente:
- Tu dispositivo: cifra y envía el mensaje.
- Servidor de entrada (gateway): recibe y transfiere el mensaje al servidor adecuado.
- Kubernetes: decide en qué servidor (contenedor) almacenar el mensaje.
- Backend distribuido: almacena el mensaje y lo entrega cuando el destinatario esté disponible.
- Middleware: monitorea la operación para asegurar rapidez y calidad.
12.7 Retos en sistemas distribuidos modernos
Los sistemas distribuidos enfrentan algunos desafíos como:
- Consistencia de datos: Garantizar que todas las copias de datos sean iguales.
(Ejemplo de solución: usar plataformas que manejan eventos como Apache Kafka). - Latencia en la red: Cómo evitar demoras cuando los servidores están lejos.
(Ejemplo de solución: Usar redes de entrega de contenido como Cloudflare). - Seguridad: Cómo proteger datos y contenedores.
(Ejemplo de solución: Utilizar políticas y herramientas integradas en Kubernetes para asegurar el acceso a recursos.)
12.8 Conclusión: El ecosistema distribuido actual
Los sistemas operativos distribuidos (como Google File System), las aplicaciones distribuidas (WhatsApp, Netflix) y herramientas como Kubernetes son piezas clave del ecosistema informático moderno. Estos elementos trabajan juntos para ofrecer servicios que funcionan de manera eficiente, rápida y segura a escala global.
Por ejemplo, Netflix combina:
- Contenedores para preparar rápidamente videos.
- Sistemas distribuidos (Open Connect) para almacenar y entregar contenido cercano al usuario.
- Kubernetes para coordinar todos estos procesos automáticamente.
Así, cada parte cumple su rol, y juntas crean una experiencia fluida para millones de usuarios.