Слайд 1Макунин Алексей Анатольевич,
доцент кафедры АОИ, к.т.н.
Распределенные информационные системы
Тема 1: Введение
Слайд 2Структура курса. Лекции
Распределенные системы: задачи, терминология принципы функционирования.
Архитектура клиент-сервер.
Типовые задачи. Области применения.
Пример информационной системы (типичное приложение в
архитектуре клиент-сервер).
Многозвенная архитектура. Области применения. Краткий обзор современных технологий. XML, CGI/JSP, Servlets, DCOM, CORBA, RMI (.NET).
Выделение слоев в многозвенной архитектуре (типичная архитектура). «Тонкие» и «Толстые» клиенты. Сервер приложения (Application server). Сервер базы данных (Database Server). Миграция объектов (вопросы распределения вычислительной нагрузки). Развертывание системы.
Основы CORBA. CORBA и ООП. Язык определения интерфейсов IDL. Отображение IDL на C++. Отображение IDL на Java. ОRB. Динамическое взаимодействие клиентов и серверов. Сервисы именования CORBA.
Пример информационной системы, выполненной в многозвенной архитектуре.
Слайд 3Структура курса. Практика
Лабораторная работа 1
Система обслуживания дисконтных карт
Необходимый инструментарий:
сервер - Oracle 8.1.7 (MSSQL Server 2000 sp3), клиент –
Java (jdk, VisualCafe, MS J++, ...)
Лабораторная работа 2
WMS (Warehouse Management System) Тонкий клиент (Web, HandHeld, сотовый телефон, …). Сервер приложения. Взаимодействие клиент – сервер приложений. Сервер бизнес-логики. Вопросы распределения вычислительной нагрузки. Обеспечение отказоустойчивости.
Необходимый инструментарий: сервер - Oracle 8.1.7 (MSSQL Server 2000 sp3), Приложение/бизнес-логика – Java (jdk, VisualCafe, MS J++, ...)
Слайд 4Лекция 1
Что такое распределенная информационная система?
Зачем нужны распределенные информационные системы
Какими
они должны быть?
Какие проблемы существуют при построении распределенных информационных систем?
Слайд 5Распределенные системы:определения
“...система нескольких автономных вычислительных узлов, взаимодействующих для выполнения общей
цели.”
Автономные? А тонкие клиенты?
Общая цель? А интернет?
Слайд 6Распределенные системы:определения
Система, чьи компоненты размещены на различных узлах взаимодействующие и
управляемые только посредством передачи сообщений.
Существуют системы с разделяемой памятью (или
с разделяемым временем)
Слайд 7Распределенные системы:определения
”Система, состоящая из набора двух или более независимых узлов
которые координируют свою работу посредством синхронного или асинхронного обмена сообщениями.”
Слайд 8Распределенные системы:определения
“распределенная система это набор независимых узлов (компьютеров), которые представляются
пользователю как один компьютер.” [Tanenbaum]
“распределенная система это собрание независимых компьютеров
соединенных сетью с программным обеспечением, обеспечивающим их совместное функционирование.”
Слайд 9Последствия...
Параллельность
Независимые процессы
Синхронизация
Необходимость разделения ресурсов
Данные
Сервисы
Устройства
Типичные проблемы
Deadlocks
Ненадежные коммуникации (проблема освобождения ресурсов)
Слайд 10Последствия...
Нет “глобального” времени
Асинхронная передача сообщений -
Ограниченная точность синхронизации часов
Нет
состояния системы
Нет ни одного процесса в распределенной системе, который бы
знал текущее глобальное состояние системы
Следствие параллелизма и механизма передачи данных
Слайд 11Последствия...
Сбои
Процессы выполняют автономно, изолированно
Неудачи отдельных процессов могут остаться необнаруженными
Отдельные процессы
могут не подозревать о общесистемном сбое
Сбои происходят чаще чем в
централизованной системе
Новые причины сбоев (которых не было в монолитных системах)
Сетевые сбои изолируют процессы и фрагментируют систему
Слайд 12Принципы разделения
Функциональное разделение: узлы выполняют различные задачи
Клиент / сервер
Хост /
Терминал
Сборка данных/ обработка данных
Решение - создание разделяемых сервисов
Естественное разделение (определяемое
задачей)
Система обслуживания сети супермаркетов
Сеть для поддержки коллективной работы
Слайд 13Принципы разделения
Распределение нагрузки/балансировка: назначение задачи на процессора так, чтобы оптимизировать
общую загрузку системы.
Усиление мощности: различные узлы работают над одной задачей
Распределенные
системы содержащие набор микропроцессоров, по мощности могут приближаться к суперкомпьютеру
Слайд 14Принципы разделения
Физическое разделение: система строится в предположении, что узлы физически
разделены (требования к надежности, устойчивости к сбоям).
Экономические: набор дешевых чипов
может обеспечить лучшие показатели отношения цена/производительность, чем мэйнфрэйм
Мэйнфрэйм: 10 раз быстрее, 1000 раз дороже
Слайд 15Примеры распределенных систем
Internet (?)
Intranet
Вычислительные кластеры
…
Слайд 16Пример: Internet
Гетерогенная сеть компьютеров и приложений
Реализация взаимодействия - IP стек
Слайд 17Пример: Intranet
Администрируется локально
Взаимодействие с Internet
Обеспечивает сервисами (внутренних и внешних пользователей)
Слайд 18Пример: Wireless Information Devices
Система сотовой связи ( GSM)
Ресурсы разделяемы (радио
частота, время передачи на частоте,...)
Laptop (подключаются к Wireless LAN)
Handheld, PDAs
etc.
© Pearson Education 2001
Слайд 19Другие примеры
Системы управления аэропортом
Автомобильные управляющие системы
Mercedes S класса сегодня
имеет
более 50 автономных
встроенных процессоров
соединенных общей шиной
Слайд 20Примеры...
Телефонные системы
Сложные сети предприятий
Сетевые файловые системы
WWW
и многое другое...
Слайд 21Разделение ресурсов
Разделение ресурсов часто является одной из причин разработки
распределенной системы
Уменьшается стоимость, (file и print сервера)
Разделение данных между пользователями
(совместная работа над проектом)
Сервисы
Управляют набором ресурсов
Представляют услуги пользователям
Слайд 22Разделение ресурсов
Сервер используется для предоставления сервисов
Принимает запросы на обслуживание от
клиентов
вызов операции
Прием сообщения/ответ на сообщение
полная реализация - удаленный вызов
Роли клиента
и сервера меняются от вызова к вызову
один и тот же процесс может быть как клиентом, так и сервером
Терминология Клиент/Сервер применяется к процессам, а не к узлам!!!
Слайд 23Проблемы
Распространение приложения
Гетерогенность
Открытость
Безопасность
Масштабируемость
Обработка ошибок и восстановление после сбоев
Параллелизм
Прозрачность
Управляемость
Слайд 24Распространение приложения
Фрагментация
разделение приложения на модули для распространения
Конфигурация
Связь модулей друг с
другом (зависимости)
Размещение
выгрузка модулей на целевую систему
Распределение вычислительных модулей между узлами
(статическое или динамическое)
Слайд 25Гетерогенность
Гетерогенные = разные
Различные
сетевые инфраструктуры,
hardware&software (пример Intel & Motorolla, UNIX sockets
& Winsock calls),
языки программирования (и представления данных!!!)
Различия должны быть скрыты
Слайд 26Гетерогенность
Интерфейсы и реализация могут быть разными
Базовые концепции обычно неизменны
Необходимы стандарты
Слайд 27Гетерогенность
Middleware: промежуточный программный слой
позволяет гетерогенным узлам взаимодействовать
Определяет однородную вычислительную модель
Поддерживает
один или несколько языков программирования
Обеспечивает поддержку распределенных приложений
Вызов удаленных объектов
Удаленный
вызов SQL
Распределенная обработка транзакций
Примеры: CORBA, Java RMI, Microsoft DCOM
Слайд 28Гетерогенность
Мобильный код: код разработан для миграции между узлами
Необходимо преодолевать аппаратные
различия (разные наборы инструкций )
Виртуальные машины
Компилятор «изготавливает» байт-код для VM
VM
реализована для всех аппаратных платформ (Java)
Методы грубой силы
Портируем код под каждую платформу...
Слайд 29Открытость
Гарантирует расширяемость
Возможность повторного использования
Важные факторы:
Наличие четких спецификаций
Наличие полной документации
Опубликованные интерфейсы
Тестирование
и проверка на многих платформах
Слайд 30Безопасность
Три компонента:
Защищенность
Целостность
Доступность
Задача: посылка значимой информации по сети безопасно и эффективно
Слайд 31Безопасность
Сценарий 1: Доступ к результатам тестирования по NFS
Откуда мы знаем,
что пользователь - преподаватель, имеющий доступ к данным?
Авторизация
Сценарий 2: Посылка
номера кредитной карты в интернет-магазин
Никто кроме получателя не должен прочитать данные
Криптография
Слайд 32Безопасность
Нерешенные проблемы
Атаки типа DoS (отказы в обслуживании)
Безопасность мобильного кода
Непредсказуемые эффекты
Может
вести себя подобно троянскому коню...
Слайд 33Масштабируемость
Распределенная система масштабируема, если она остается эффективной при увеличении числа
обслуживаемых пользователей или ресурсов
Проблемы:
Контроль стоимости ресурсов
Контроль потерь производительности
Слайд 34Масштабируемость
Стоимость физических ресурсов
Растет,при увеличении числа пользователей
Не должна расти быстрее, чем
O (n), где
n = количеству пользователей
Потери производительности
Увеличиваются с ростом размера
данных (и количества пользователей)
Время поиска не должно расти быстрее, чем
O (log n), где n = размер данных
Слайд 35Масштабируемость
Существуют естественные ограничения
Некоторые определяются легко
Другие труднее
Обход узких мест
Децентрализация алгоритмов
Пример
- Domain Name Service
Тиражирование и кэширование данных
Слайд 36Обработка сбоев
Сбои более частые, чем в централизованных системах, но обычно
локальные
Обработка сбоев включает
Определение факта сбоя (может быть невозможно
Маскирование
Восстановление
Слайд 37Обработка сбоев
Диагностика
Может быть возможна (ошибки передачи - контрольная сумма)
Может быть
невозможна (удаленный сервер не работает или просто очень загружен?)
Слайд 38Обработка сбоев
Маскирование
Многие сбои могут быть скрыты
Может быть невозможно (все диски
повреждены)
Не всегда хорошо
Слайд 39Параллелизм
Контроль параллелизма
Обращение нескольких потоков к ресурсу
Правильное планирование доступа в параллельных
потоках (устранение взаимоисключений, транзакции)
Синхронизация (семафоры)
Безопасно, но уменьшают производительность
Разделяемые объекты(ресурсы) должны
работать корректно в многопоточной среде
Слайд 40Прозрачность
Сокрытие гетерогенной и распределенной структуры системы так, чтобы пользователю система
представлялась монолитной
Слайд 41Прозрачность
Прозрачность доступа: доступ к локальным и удаленным ресурсам посредством одинаковых
вызовов
Прозрачность расположения: доступ к ресурсам вне зависимости от их физического
расположения
Прозрачность параллелизма: возможность нескольким процессам параллельно работать с ресурсами, не оказывая влияния друг на друга
Прозрачность репликации: возможность нескольким экземплярам одного ресурса использоваться без знания физических особенностей репликации.
Прозрачность обработки ошибок: Защита программных компонентов от сбоев, произошедших в других программных компонентах. Восстановление после сбоев
Прозрачность мобильности:Возможность переноса приложения между платформами, без его переделки
Прозрачность производительности: возможность конфигурации системы с целью увеличения производительности при изменении состава платформы выполнения
Прозрачность масштабируемости: возможность увеличения производительности без изменения структуры программной системы и используемых алгоритмов
Слайд 42Прозрачность
Очень важна для распределенных систем
Прозрачность доступа и физического расположения
Имеет критическое
значения для должного использования распределенных ресурсов
Слайд 43Управляемость
Распределенные ресурсы не имеют центральной точки управления
Локальная оптимизация не всегда
означает глобальную оптимизацию
Нужен глобальный взгляд на проблему
Не всегда возможен (есть
системы, никому конкретно не принадлежащие)
Слайд 44Итоги
Распределенная система:
Автономные (но соединенные средой передачи данных) узлы
Взаимодействие посредством передачи
сообщений
Много примеров того, что распределенные системы нужны и их нужно
уметь строить
Распределенные системы существуют и их нужно уметь развивать и поддерживать
Слайд 45Модели архитектуры
Модель архитектуры распределенной системы должна содержать решение двух проблем:
Физическое
размещение компонентов между узлами
Взаимодействие между компонентами.
Слайд 46Уровни
Приложения, сервисы
Middleware
Операционная система
Аппаратура
Слайд 47Возможные архитектуры
Клиент - сервер
Модель предоставления услуг пулом серверов
Модель прокси
– и кэш - серверов
Модель равных процессов
Слайд 48Вариации на тему Клиент-сервер
Мобильный код
Мобильные агенты
Network computers
Тонкие клиенты
X - window
Слайд 49Требования к дизайну
Требования, накладываемые обеспечением требуемой производительности
Использование кэширования и репликации
Требование
надежности
Слайд 50Требования к производительности
Время отклика
Производительность.
Балансировка нагрузки
Слайд 51Использование кэширования и репликации
Очень многие проблемы производительности системы могут быть
решены путем кэширования данных .
Слайд 52Модели
Модель взаимодействия
Модель защиты от сбоев
Модель безопасности
Слайд 53Модель взаимодействия
Производительность линий связи
Время и события
Асинхронный и синхронный обмен
![Распределенные системы:определения“распределенная система это набор независимых узлов (компьютеров), которые представляются пользователю как один компьютер.” [Tanenbaum]“распределенная система это](/img/thumbs/8d0032973685dedcbfd909bc06837f05-800x.jpg "Распределенные информационные системы Распределенные системы:определения“распределенная система это набор независимых узлов (компьютеров), которые представляются пользователю")
