Bài giảng Tổng quan về hệ phân tán

Chương 1 Tổng quan về hệ phân tán @Hà Quốc Trung 2009 1 Nội dung • Lịch sử phát triển/nguồn gốc • Định nghĩa • Yêu cầu của hệ phân tán • Thành phần của hệ phân tán • Mô hình tổng quát của hệ phân tán @Hà Quốc Trung 2009 2 Lịch sử phát triển • Sự ra đời của các máy tính cá nhân, các thiết bị cá nhân • Sự ra đời của mạng cục bộ • Sự ra đời của các công nghệ mạng không dây • Sự ra đời các công nghệ di động • Nhu cầu có một phần mềm kết nối các máy tính lại @Hà Quốc Trung 2009 3 Định nghĩa • Hệ thống máy tính trao đổi thông tin lẫn nhau • Hệ thống các máy tính độc lập trao đổi thông tin lẫn nhau thực hiện nhiệm vụ tính toán chung • Hệ thống các máy tính độc lập cung cấp dịch vụ cho NSD • Hệ thống các máy tính cung cấp các dịch vụ cho NSD một cách thống nhất như một máy tính duy nhất @Hà Quốc Trung 2009 4 Một số lớp hệ phân tán • Ứng dụng thương mại phân tán – Hệ thống đặt chỗ máy bay, đặt hàng qua mạng, ngân hàng điện tử .... – Bảo mật cao, giá trị thông tin lớn, trả lời thời gian thực, truy cập từ xa, khả năng mở rộng, sẵn sàng • Hệ điều hành phân tán – Giao diện giữa NSD, chương trình ứng dụng và hệ thống – Có tính modules, khả năng mở rộng, nhận dạng người sử dụng @Hà Quốc Trung 2009 5 Một số lớp hệ phân tán • Ứng dụng mạng diện rộng – Thư điện tử, web... – Hạn chế về băng thông – Số lượng truy cập lớn – Hệ thống định danh, phục vụ số truy cập thay đổi • Ứng dụng thông tin đa phương tiện và hội nghị – Đào tạo từ xa, hội thoại trực tuyến, thực tại ảo – Truyền thông tin thời gian thực: tiếng nói, hình ảnh, văn bản – Đòi hỏi hệ thống truyền tin tốc độ cao, độ trễ nhỏ, băng thông lớn @Hà Quốc Trung 2009 6 Yêu cầu của hệ phân tán • Chia sẻ tài nguyên • Tính trong suốt • Tính mở • Tính thích ứng tài nguyên @Hà Quốc Trung 2009 7 Chia sẻ tài nguyên • NSD sử dụng tài nguyên của hệ thống – CPU, RAM, HDD, Printer, …… • HPT có các tài nguyên phân tán • HPT có nhiều NSD • Chia sẻ tài nguyên: cho phép nhiều NSD cùng chia sẻ nhiều tài nguyên – Giảm chi phí – Tăng khả năng trao đổi giữa NSD và NSD (web, groupware) – Nảy sinh các vấn đề về bảo mật và tính riêng tư @Hà Quốc Trung 2009 8 Tính trong suốt (transparency) • Hệ thống là duy nhất với NSD – Giao diện giống nhau – Cách thức truy cập giống nhau • Trong suốt về qui mô và vị trí • Che giấu tính phân tán của hệ phân tán @Hà Quốc Trung 2009 9 Tính trong suốt @Hà Quốc Trung 2009 10 Loại trong suốt Mô tả Truy cập Che giấu sự khác nhau trong biểu diễn dữ liệu và cách thức truy cập tài nguyên. Địa điểm Che giấu vị trí của tài nguyên Di trú Che giấu việc tài nguyên chuyển đến địa điểm khác Chuyển địa điểm Che giấu việc tài nguyên chuyển đến địa điểm khác trong khi đang được sử dụng Sao lưu Che giấu việc dữ liệu được cung cấp từ nhiều bản sao khác nhau Tương tranh Che giấu việc tài nguyên được truy cập đồng thời bởi nhiều NSD Thứ lỗi Che giấu lỗi và quá trình phục hồi của tài nguyên Bền vững Che giấu việc tài nguyên/dữ liệu được lưu trữ bền vững (disk) hoặc không (RAM) Mức độ trong suốt • Trong suốt tuyệt đối? – Thông báo cho NSD ở Mỹ và VN – Thời gian truyền tin giữa 2 máy tính ở trong phòng và xuyên lục địa – Cập nhật các bản sao dữ liệu • Trong suốthiệu năng • Có phải khi nào cũng cần trong suôts @Hà Quốc Trung 2009 11 Tính mở • Hệ phân tán mở cung cấp các dịch vụ theo các đặc tả về cú pháp và ngữ nghĩa của các dịch vụ, gọi là giao thức • Thường được mô tả bằng IDL • Tính đầy đủ của đặc tả – Quá chi tiết: phụ thuộc vào cài đặt cụ thể của dịch vụ – Không đủ chi tiết: Khi cài đặt phải bổ sung thêm: phụ thuộc vào cài đặt cụ thể của dịch vụ @Hà Quốc Trung 2009 12 Tính mở 2 • Khả năng phối hợp (interoperability) • Tính khả chuyển (portability) • Tính mở rộng được (extensibility) • Thực hiện: tách biệt chính sách và cơ chế @Hà Quốc Trung 2009 13 Khả năng thích ứng qui mô • Kích thước: – số lượng NSD và tài nguyên thay đổi • Không gian địa lý – Qui mô vùng địa lý có tài nguyên và NSD thay đổi • Tổ chức – Qui mô tổ chức thay đổi @Hà Quốc Trung 2009 14 Thích ứng qui mô số lượng @Hà Quốc Trung 2009 15 • Mô hình tập trung – Dịch vụ: cổ chai – Dữ liệu: lưu trữ, xử lý – Giải thuật: thông tin vào ra, xử lý • Mô hình không tập trung – Phức tạp, vđ về bảo mật và riêng tư – Quyết định cục bộ – Không có thông tin chung – Không phát hiện được lỗi Phần cứng hệ phân tán • Multiprocessors: – Đa vi xử lý, bộ nhớ chia sẻ • MultiComputer – Đa vi xử lý, bộ nhớ phân tán • Homogenous MultiComputer System • Hete • Switch based – Kết nối thông qua các nút trung gian • Bus based – Sử dụng chung một kết nối @Hà Quốc Trung 2009 16 Phần cứng hệ phân tán @Hà Quốc Trung 2009 17 Multiprocessor systems (1) @Hà Quốc Trung 2009 18 Multiprocessor systems (2) @Hà Quốc Trung 2009 19 Homogeneous Multicomputer Systems a) Grid b) Hypercube @Hà Quốc Trung 2009 20 1-9 Phần mềm hệ phân tán • DOS (Distributed Operating Systems) • NOS (Network Operating Systems) • Middleware @Hà Quốc Trung 2009 21 System Description Main Goal DOS OS gắn chạt với hệ thống phần cứng (máy đa vi xử lý hoặc máy tính đồng bộ) multicomputers Trong suốt NOS NOS trên các máy tính cục bộ Cung cấp dịch vụ cục bộ cho các máy tính khác Middleware Cài đặt các dịch vụ cơ bản để thực hiện, phát triển các ứng dụng Tính trong suốt phân tán Uniprocessor Operating Systems • Phân biệt mã của NSD và mã của HĐH bằng vi nhân @Hà Quốc Trung 2009 22 1.11 Multicomputer Operating Systems (1) • General structure of a multicomputer operating system @Hà Quốc Trung 2009 23 1.14 Multicomputer Operating Systems (2) • Alternatives for blocking and buffering in message passing. @Hà Quốc Trung 2009 24 1.15 Multicomputer Operating Systems (3) • Relation between blocking, buffering, and reliable communications. @Hà Quốc Trung 2009 25 Synchronization point Send buffer Reliable comm. guaranteed? Block sender until buffer not full Yes Not necessary Block sender until message sent No Not necessary Block sender until message received No Necessary Block sender until message delivered No Necessary Distributed Shared Memory Systems (1) a) Pages of address space distributed among four machines b) Situation after CPU 1 references page 10 c) Situation if page 10 is read only and replication is used @Hà Quốc Trung 2009 26 Distributed Shared Memory Systems (2) • False sharing of a page between two independent processes. @Hà Quốc Trung 2009 27 1.18 Network Operating System (1) • General structure of a network operating system. @Hà Quốc Trung 2009 28 1-19 Network Operating System (2) • Two clients and a server in a network operating system. @Hà Quốc Trung 2009 29 1-20 Network Operating System (3) • Different clients may mount the servers in different places. @Hà Quốc Trung 2009 30 1.21 Positioning Middleware • General structure of a distributed system as middleware. @Hà Quốc Trung 2009 31 1-22 Dịch vụ của Middle ware • Truy cập trong suốt • Các phương tiện trao đổi thông tin bậc cao • Dịch vụ định danh • Dịch vụ lưu trữ bền vững • Giao tác phân tán • Bảo mật @Hà Quốc Trung 2009 32 Middleware and Openness • In an open middleware-based distributed system, the protocols used by each middleware layer should be the same, as well as the interfaces they offer to applications. @Hà Quốc Trung 2009 33 1.23 Comparison between Systems @Hà Quốc Trung 2009 34 Item Distributed OS Network OS Middleware- based OS Multiproc. Multicomp. Degree of transparency Very High High Low High Same OS on all nodes Yes Yes No No Number of copies of OS 1 N N N Basis for communication Shared memory Messages Files Model specific Resource management Global, central Global, distributed Per node Per node Scalability No Moderately Yes Varies Openness Closed Closed Open Open