Определение распределенной вычислительной системы

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 16Следующая ⇒

Формального определения распределенной вычислительной системы в настоящее время не существует. Из множества различных определений, можно выделить ироничное определение Лесли Лампорта1 [44]:

«Распределенной вычислительной системой можно назвать такую систему, в которой отказ компьютера, о существовании которого вы даже не подозревали, может сделать ваш соб- ственный компьютер непригодным к использованию». Это определение он дал в мае 1987 года, в своем письме коллегам по поводу очередного отключения электроэнергии в машинном зале. Эндрю Таненбаум2, в своем фундаментальном труде «Распределённые си- стемы.

Принципы и парадигмы» [2] предложил следующее (чуть более строгое) определение, которого мы будем придерживаться в рамках данной книги: «Распределенная вычислительная система (РВС) – это набор соединенных каналами связи независимых компью- теров, которые с точки зрения пользователя некоторого программного обеспечения выглядят единым целым».

В этом определении фиксируются два существенных момента: автоном- ность узлов РВС и представление системы пользователем, как единой структу- ры. При этом, основным связующим звеном распределенных вычислительных систем является программное обеспечение.

1 Лесли Лампорт (родился в 1941 году) – американский ученый в области теории вычислительных си- стем, первый лауреат премии Дейкстры за достижения в области распределенных вычислений (2000 год), раз- работчик системы LaTeX. 2 Эндрю Стюарт Таненбаум (родился в 1944 году) – профессор Амстердамского свободного университе- та, создатель операционной системы Minix, автор множества учебных трудов в области информатики и вычис- лительной техники.

Промежуточное программное обеспечение

Распределенная вычислительная система представляет собой программно- аппаратный комплекс, ориентированный на решение определенных задач. С одной стороны, каждый вычислительный узел является автономным элементом. С другой стороны, программная составляющая РВС должна обеспечивать поль- зователям видимость работы с единой вычислительной системой. В связи с этим выделяют следующие важные характеристики РВС:

  возможность работы с различными типами устройств:

  с различными поставщиками устройств;

  с различными операционными системами,

  с различными аппаратными платформами. Вычислительные среды, состоящие из множества вычислительных систем на базе разных программно-аппаратных платформ, называются гетероген- ными;

  возможность простого расширения и масштабирования;

  перманентная (постоянная) доступность ресурсов (даже если некоторые элементы РВС некоторое время могут находиться вне доступа);

  сокрытие особенностей коммуникации от пользователей.

Для обеспечения работы гетерогенного оборудования РВС в виде единого целого, стек программного обеспечения (ПО) обычно разбивают на два слоя. На верхнем слое располагаются распределенные приложения, отвечающие за решение определенных прикладных задач средствами РВС.

Их функциональ- ные возможности базируются на нижнем слое – промежуточном программном обеспечении (ППО).

ППО взаимодействует с системным ПО и сетевым уров- нем, для обеспечения прозрачности работы приложений в РВС (см. рис. 1).

Для того чтобы РВС могла быть представлена пользователю как единая система, применяют следующие типы прозрачности в РВС:

  прозрачный доступ к ресурсам – от пользователей должна быть скрыта разница в представлении данных и в способах доступа к ресурсам РВС;

  прозрачное местоположение ресурсов – место физического расположения требуемого ресурса должно быть несущественно для пользователя;

  репликация – сокрытие от пользователя того, что в реальности существует более одной копии используемых ресурсов;

параллельный доступ – возможность совместного (одновременного) ис- пользования одного и того же ресурса различными пользователями неза- висимо друг от друга.

При этом факт совместного использования ресурса должен оставаться скрытым от пользователя;

  прозрачность отказов – отказ (отключение) каких-либо ресурсов РВС не должен оказывать влияния на работу пользователя и его приложения.

Терминология РВС

1. Ресурсом называется любая программная или аппаратная сущность, пред- ставленная или используемая в распределенной сети. Например, компью- тер, устройство хранения, файл, коммуникационный канал, сервис и т.п.

2. Узел – любое аппаратное устройство в распределенной вычислительной системе.

3. Сервер – это поставщик информации в РВС (например, веб-сервер).

4. Клиент – это потребитель информации в РВС (например, веб-браузер).

5. Пир – это узел, совмещающий в себе как клиентскую, так и серверную часть (т.е. и поставщик, и потребитель информации одновременно).

6. Сервис – это сетевая сущность, предоставляющая определенные функцио- нальные возможности [30] (например, веб-сервер может предоставлять сервис передачи файлов по протоколу HTTP).

В рамках одного узла могут предоставляться несколько различных сервисов. На рисунке 2 приведена схема, устанавливающая взаимоотношения между данными терминами.

Из схемы видно, что каждый компьютер или устройство представляет собой сущность в распределенной вычислительной системе в виде узла. При этом на каждом узле может располагаться несколько клиентов, сер- веров, сервисов или пиров. Важно заметить, что любой узел, сервер, пир или сервис (но не клиент! ) являются ресурсами распределенной вычислительной системы.

Сервис получает запрос на предоставление определенных данных (почти как аргументы, передаваемые при вызове локальной функции) и возвращает от- вет. Таким образом, сервис можно определить как некую замену вызова функ- ции на локальном компьютере. Существует множество технологий, обеспечи- вающих создание и сопровождение сервисов в распределенных вычислитель- ных системах: технология XML веб-сервисов, сервисы REST и др.

Классификация РВС

Выделяют следующие признаки классификации РВС по шкале «централи- зованный – децентрализованный»:

  методы обнаружения ресурсов;

  доступность ресурсов;

  методы взаимодействия ресурсов.

Существует множество различных технологий, обеспечивающих поиск и обнаружение ресурсов в РВС (например, такие службы обнаружения ресурсов как DNS, Jini Lookup, UDDI и др.).

Примером централизованного метода об- наружения ресурсов может служить служба DNS (англ. Domain Name System – система доменных имен). Данная служба работает по принципам, чрезвычайно похожим на принцип работы телефонной книги. На основе указанного имени сайта (например, www.susu.ac.ru) DNS возвращает его IP-адрес (например, 85.143.41.59). Таким образом, сервер DNS представляет собой большую базу данных ресурсов, расположенных в РВС.

Существует ограниченное количество серверов, которые предоставляют службу DNS. Обычно пользователь указыва- ет ограниченное количество (1 или 2) таких серверов для работы. И если ука- занные сервера отключаются, то процесс обнаружения ресурсов останавливает- ся, если вручную не указать альтернативные сервера.

При использовании децентрализованного метода обнаружения ресурсов (например, в сети Gnutella [33]) запрос на поиск отправляется всем узлам, из- вестным отправителю. Эти узлы производят поиск ресурса у себя, и трансли- руют запрос далее.

Таким образом, отсутствуют выделенные узлы для обнару- жения и централизованное хранилище информации о ресурсах, доступных в се- ти. Другим важным фактором является доступность ресурсов РВС.

Примером централизованной доступности ресурсов в РВС может являться технология веб-сервисов.

Существует только один сервер с выделенным IP-адресом, кото- рый предоставляет определенный веб-сервис или сайт. Если данный узел вый- дет из строя или будет отключен от сети, данный сервис станет недоступна. Естественно, можно применить методы репликации для расширения доступно- сти определенного сайта или сервиса, но доступность определенного IP-адреса останется прежней.

Существуют системы, предоставляющие децентрализованные подходы к доступности ресурсов посредством множественного дублирования сервисов, которые могут обеспечить функциональность, необходимую пользователю. Наиболее яркими примерами децентрализованной доступности ресурсов могут служить одноранговые вычислительные системы (BitTorrent, Gnutella, Napster), где каждый узел играет роль, как клиента, так и сервера, который может предо- ставлять ресурсы и сервисы, аналогичные остальным устройствам данной сети (поиск, передача данных и др.) Еще одним критерием классификации РВС могут служить методы взаи- модействия узлов.

Централизованный подход к взаимодействию узлов основан на том, что взаимодействие между узлами всегда происходит через специаль- ный центральный сервер. Таким образом, один узел не может обратиться к дру- гому непосредственно. Децентрализованный подход к взаимодействию реализуется в одноранго- вых вычислительных системах. Такой подход основывается на прямом взаимо- действии между узлами РВС, т.к. каждый узел играет как роль клиента, так и роль сервера.

Связь в РВС

Понятие «распределенная вычислительная система» подразумевает, что компоненты такой системы распределены, т.е. удалены друг от друга. Очевид- но, что функционирование подобных систем невозможно без эффективной свя- зи между ее компонентами.

Задачи организации обмена между распределенными (территориально, ад- министративно и т.д.) компонентами давно и в значительной мере успешно ре- шаются в вычислительных сетях, и, естественно, что РВС используют нарабо- танный опыт. Взаимодействие в вычислительных сетях базируется на протоколах. Про- токол – это набор правил и соглашений, описывающих процедуру взаимодей- ствия между компонентами системы (в том числе и вычислительной).

Если система поддерживает определённый протокол, она, с большой долей вероятности, окажется способна взаимодействовать с другой системой, которая так же поддерживает данный протокол. В области вычислительных коммуни- каций уже длительное время существует общепринятая система протоколов – сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection basic reference model – базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем).

Эта модель пред- ставляет собой стек протоколов разного уровня, которые позволяют описать практически все аспекты взаимодействия компонентов РВС. Детальное рассмотрение стека протоколов OSI и особенностей его различ- ных уровней лежит за рамками данной дисциплины.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒