Файл: Определение и задачи распределённой системы.pdf

ВВЕДЕНИЕ

В современной индустрии нашего времени, практически, а точнее все большие программные системы являются распределёнными.

Для пользователей распределённая система является единой системой, которая представлена технически набором независимых компьютеров.

Распределенные системы с лёгкостью могут соединять пользователей с ресурсами и при этом успешно скрывать тот факт, что ресурсы разбросаны по сети, и могут быть открытыми и масштабируемыми.

Решающей целью распределенной обработки информации является оптимизация использования ресурсов и упрощение работы пользователя.

В построение распределённых систем необходимым условием является выполнение и решение следующих основных задач:
• Прозрачность;
• Открытость;

• Гибкость;
• Масштабируемость;

• Безопасность.

В современном мире использование возможностей распределённой системы играет значительную роль для бывалого пользователя.

Их использование представлено в разных сферах:в науке, на производстве, в энергетике, в военном деле, в корпоративном программном обеспечении и во множестве других областей. C развитием интернетаобласть использования распределённых систем значительно расширилась. Но есть и свои минусы,в силу высокой сложности распределённых систем практически невозможно спроектировать и разработать надежную систему, не содержащую ошибок. Вероятность возникновения программного или аппаратного сбоя при работе с распределённой системой довольно высока и может иметь достаточно серьезные негативные последствия. Таким образом, актуальной является задача повышения надежности эксплуатирования данной системы или задача построения отказоустойчивых распределённых систем, которые в свою очередь могут самостоятельно устранять последствия сбоев без прекращения работы системы.

Взвесив все за и против распространения распределённой обработки информации можно обозначить несколько обусловленностей: с одной стороны, ускоренным развитием микроэлектроники, снижением стоимости вычислительных средств, увеличением их производительности при уменьшении габаритов, а с другой стороны имеет место повысить требования к производительности, надежности и эффективности рабочих систем, предъявляемых сферами их применения.

Цель курсовой работы рассмотреть определение и задачи распределённой системы.

Объект исследования курсовой работы - распределённая система обработки информации.

Предмет исследования - определение и задачи распределённой системы обработки информации.

Для раскрытия донной темы в курсовой работе необходимо рассмотреть следующие вопросы:

- Определение распределённой системы;

- Вводное понятие распределённой системы;

- История создания распределённой системы;

- Задачи распределённой системы.

1. Определение распределённой системы

В литературе используются различные трактовки дающие представление определению распределённых систем, однако ни одно из них не согласуется с другими и является не достаточно развёрнутым и удовлетворительным определением. Основываясь только на вольной характеристике авторовприведём несколько определений распределённой системе:

• Распределённая система – это набор независимых компьютеров, представляющийся их пользователям как единая объединённая система.[5]
• Распределённая система  – это совокупность взаимодействующих друг с другом программных компонентов.[6]

1.1. Вводное понятие распределённой системы

В самом определениираспределённой системы можно выделить два ключевых момента. Первый относится к аппаратуре: все машины автономны. Второй момент касается программного обеспечения: пользователи уверены, что имеют дело с единой системой. Оба момента важны и не могут быть взаимоисключающими.

Известно, что распределённая информационная система состоит изсовокупности взаимодействующих друг с другом программных компонент (включений).Каждый из таких включений может рассматриваться как программный модуль (оно же приложение), исполняемый в рамках отдельно взятого процесса.Пользователи и приложения в едином тандеме работают в распределённой системе независимо от того, где и когда происходит их взаимодействие.Для их взаимодействия распределённые системы должны иметь характерные признаки, как сокрытие от самого пользователя различий между компьютерами и способа связи между ними.[2] В работе распределённой системы не маловажной характеристикой является способ, при помощи которого обеспечивается комплексная и единая работа пользователей (или приложений) в указанной системе.Она достаточно легко должна поддаваться расширению (масштабированию), а выход из строя рабочей системы или в худшем случае некоторой части распределённой системы не должен приводить к отказу всей системы в целом и пользователи не должны даже об этом знать или уведомляться.

На примере рассмотрим некоторые из основных, так называемых базовых вопросов, касающиеся аппаратного и программного обеспечения системы.

Всё внимание сосредоточим на важных основополагающих характеристиках распределённых систем:

• от пользователей должны быть скрыты различия между компьютерами и способы их связи между ними.
• независимо где и когда происходит взаимодействие пользователей и приложения, они рационально и единообразно работают в распределённых системах.
• распределенные системы должны с относительной легкостью поддаваться расширению, или масштабированию. [7]

Распределённые системы относительно существуют постоянно, однако некоторые их части имеют свойства временно выходить из строя. Пользователи и приложения не должны уведомляться о том, что эти части заменены или починены, или о том, что добавлены новые части для поддержки дополнительных пользователей или приложений.

Для того чтобы поддержать представление различных компьютеров и сетей в виде единой и целостной системы, использование и организация распределенных систем часто включает в себя дополнительный уровень программного обеспечения, находящийся между верхним уровнем, на котором находятся пользователи и приложения, и нижним уровнем, состоящим из операционных систем, как представлено на рис. 1.

Исходя из данных, такая распределённая система обычно называется системой промежуточного уровня (middleware).

Рис. 1.

Распределённая система организована в виде службы промежуточного уровня

Теперь взглянем на некоторые примеры распределённых систем. В качестве главного и показательного примера рассмотрим сеть рабочих станций в университете или отделе производственной компании. Вдобавок к персональной рабочей станции каждого из пользователей имеется пул процессоров машинного зала, не назначенных заранее ни одному из пользователей, но динамически выделяемых им при желании в данной необходимости. Эта распределенная система может обладать единой файловой системой, в которой все файлы одинаково доступны со всех машин с использованием постоянного пути доступа. Кроме этого, когда пользователь набирает команду, система может найти наилучшее место для исполнения запрашиваемого действия, возможно, на собственной рабочей станции пользователя, возможно, на простаивающей иной рабочей станции, принадлежащей кому-то другому, а может быть, и на одном из свободных процессоров машинного зала. Если именуемая система в целом выглядит и ведет себя как классическая однопроцессорная система с разделением времени (то есть многопользовательская), она считается распределённой системой. В качестве иного, но значимого и рационального примера рассмотрим работу информационной системы, которая поддерживает автоматическую обработку заказов. По использованию подобнойсистемы,как правило, используются сотрудниками нескольких отделов, возможно даже в разных местах. Так, сотрудники отдела продаж могут быть разбросаны по обширному региону или даже по всей стране в целом. Заказы будут передаваться с переносных компьютеров, соединяемых с системой при помощи телефонной сети, а возможно, и при помощи мобильных телефонов. Поступающие заказы автоматически передаются в отдел распределения и планирования, превращаясь там во внутренние заказы на поставку, которые поступают в отдел доставки, и далее в заявки на оплату, поступающие в бухгалтерию. В свою очередь система автоматически даёт команду пересылать эти документы работающим на месте сотрудникам, отвечающим за их обработку. Пользователи остаются в полном неведении о том, как заказы на самом деле курсируют внутри самой системы, для них все это представляется так, будто вся поставленная работа происходит в единой централизованной базе данных.

В качестве последнего из примеров рассмотрим WorldWideWeb. Web предоставляет собой простую, целостную и единообразную модель распределённых документов. Чтобы просмотреть желаемый документ, пользователю достаточно лишь активизировать ссылку. После этого выбранный документ появляется на экране. В теории (но определенно не в ныне текущей практике) нет необходимости знать, с какого сервера изымается и доставляется документ, достаточно лишь информации о том, где был расположен данный документ. Публикация документа очень проста: вы должны только задать ему уникальное имя в форме унифицированного указателя ресурса (UniformResourceLocator, URL), которое ссылается на локальный файл с содержимым этого документа. Если бы ныне существующая Всемирная паутина представлялась своим пользователям гигантской централизованной системой документооборота, она также могла бы называться распределённой системой. К сожалению, но это таковым в данное время не является. Таким образом, пользователи сознают, что документы находятся в различных местах и распределены по различным серверам.

К причинам, по которым создаются распределенные системы, можно отнести следующие:

1. Естественная территориальная распределённость. Современный бизнес динамично развивается и укрупняется: открываются новые филиалы, идёт поглощение и объединение предприятий в холдинги. Как следствие, у предприятий возникает потребность в единой информационной платформе, связывающей территориально распределённые информационные системы и предоставляющей инструмент для их эффективного эксплуатирования.

2. Возможность достичь высоких показателей производительности.Можно достичь высокой производительности путем объединения микропроцессоров,котораяне может быть достигнута в централизованном компьютере. Решение таких задач являются актуальными при обработке графической информации.

3. Совместное использование ресурсов. Распределённые системы допускают совместное использование как аппаратных (жёстких дисков, принтеров), так и программных (файлов, компиляторов) ресурсов.[8]

Исследования в области распределённых систем решают проблемы синхронизации объектов, одновременного доступа к общим ресурсам, определения отказавших узлов и т.п. Известными исследователями в этой области являются:

• Лесли Лампорт;
• ЭнрдюТаненбаум;
• Нэнси Линч;
• KanianthraManiChandy.

Распределённость работы в системе можно рассматривать на разных уровнях иерархии программно-аппаратного обеспечения системы или её составных частей. В свою очередь распределёнными могут быть:

• Распределённые файловые системы;
• распределённые операционные системы;
• распределённые приложения;
• распределённые базы данных;

С точки зрения размеров систем и способов администрирования распределённые системы можно классифицировать иначе:

• Распределённая система корпоративного уровня – десятки и даже сотни компьютеров, при работе которых необходимо устанавливать правила совместного использования ресурсов.
• Глобальная система (грид-система) – огромное количество компьютеров, число которых может достигать несколькихмиллионов, распределённых по миру и объединённых единой глобальной сетью.
• Административное программное обеспечение, встроено в промежуточное программное обеспечение.[3]

Кластер - это несколько десятков компьютеров, объединенных с помощью локальной сети. Администрирование осуществляется вручную. Задачи, которые пытаются решать с применением технологии кластеризации, - две. Первая из них связана с резервированием некоторых критических сервисов. Для этого применяются кластеры, настроенные таким образом, что при сбое одного из узлов, входящих в кластер, сервисы, обслуживаемые этим узлом, автоматически загружаются на другом узле кластера. Такой подход позволяет существенно минимизировать время простоя системы, а для некоторых видов сервисов к тому же абсолютно прозрачен для клиентов. Кластеры, построенные по такому принципу, называются отказоустойчивыми кластерами. Вторая задача, которую решают путём кластеризации, состоит в увеличении производительности системы. При таком подходе, один сервис запускается на нескольких узлах кластера (реализация этого может быть различной - на каждом из узлов запускается копия сервиса, сервис запускается на одном узле, а часть его процедур размещается на других узлах и т.д.), при этом количество одновременно обрабатываемых заданий увеличивается (если не рассматривать тривиальные сервисы, то для обеспечения такой возможности сервис должен быть специальным образом спроектирован).Кластеры, решающие такого вида задачи, называются высокопроизводительными.

1.2. Экскурс в историю создания распределённой системы

С 1945 года, когда зарождалась эпоха современных компьютеров, до приблизительно 1985 года, тогдашние компьютеры были большими и довольно дорогими. Даже имеющиеся мини-компьютеры стоили сотни тысяч долларов. В результате имеющихся возможностей большинство организаций имели лишь несколько компьютеров. Способы соединить компьютеры воедино в то время отсутствовали, поэтому они работали независимо друг от друга.