Распределённые информационные системы (РИС)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  и НАУКИ РФ

АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ТЕХНИЧЕСКГО УНИВЕРСИТЕТА им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине:  «Распределённые информационные системы (РИС)»

на тему: «Распределённые информационные системы (РИС)».

 

 

 

Выполнил: Студент ______________

 Группа_______________

Проверил: ______________________

 

 

 

 

 

 

Альметьевск 2012 г.

 

Введение

Большинство систем с распределенной общей памятью, как и системы  Linda и Огса, работают в пределах одного здания или кампуса. Однако можно построить и глобальный (всемирный) мультикомпьютер с общей памятью на прикладном уровне. Например, в системе Globe объект может одновременно находиться в адресном пространстве множества процессов, выполняющихся, возможно, на разных континентах. Чтобы получить доступ к данным общего объекта, пользовательские процессы должны действовать через его методы, поэтому для разных объектов допустимы разные варианты реализации. Например, можно иметь одну копию данных, которая запрашивается по мере необходимости (это удобно для часто обновляемых данных с единственным владельцем). Другой вариант — хранить все данные в каждой копии объекта, а сообщения обновления посылать каждой копии по надежному протоколу групповой рассылки.

Амбициозная цель системы Globe — достичь масштаба миллиарда пользователей и триллиона объектов (возможно, мобильных). Ключевыми задачами являются размещение объектов, управление ими, а также расширение системы. Globe решает эти задачи, поддерживая лишь общую структуру, в которой каждый объект может иметь собственные стратегии репликации, защиты и т. д. Это позволяет избежать многих проблем других систем, для программирования остается только механизм использования общей памяти.

Среди других крупномасштабных распределенных систем можно назвать  Globus и Legion, но они, в отличие от Globe, не поддерживают иллюзию существования общей памяти.

 

 

 

 

 

1. Распределенные операционные системы

Распределенная операционная система существует как единая oперационная система в масштабах вычислительной системы. Каждый компьютер сети, работающей пoд управлением распределенной ОС, выполняет часть функций этой глобальной ОС. Распределенная ОС объединяет все компьютеры сети в том смысле, что они работают в тесной кoоперации друг с другом для эффективного использования всех ресурсов компьютерной сети. Распределенная ОС, динамически и автоматически распределяя работы по различным машинам системы для обработки, заставляет набор сетевых машин работать как виртуальный унипроцессор. Пользoватель распределенной ОС, вообще говоря, не имеет сведений о том, на какой машине выполняется его работа.

 Появление сетей, предназначенных  для взаимной связи различных  компьютеров, привело к разработке  средств, а затем и операционных  систем, позволяющих осуществлять  управление, так называемой, мультимашинной архитектурой, то есть совокупности полносоставных компьютеров (процессоры, память, вводы-выводы...), связанных в сеть. В этом случае речь идет о распределенных вычислительных системах.

Архитектура распределенной системы: каждый компьютер является автономным модулем, состоящим из ЦП, памяти и периферийных устройств. Соответствие модели не нарушается даже несмотря на то, что компьютер не располагает  локальной файловой системой: он должен иметь периферийные устройства для  связи с другими машинами, а  все принадлежащие ему файлы  могут располагаться и на ином компьютере. Физическая память, доступная  каждой машине, не зависит от процессов, выполняемых на других машинах. Этой особенностью распределенные системы  отличаются от сильносвязанных многопроцессорных систем. Соответственно, и ядро системы на каждой машине функционирует независимо от внешних условий эксплуатации распределенной среды.

 Существует два типа  распределенных операционных систем. Мультипроцессорная операционная  система (multiprocessor operating system) управляет ресурсами мультипроцессора. Мультикомпьютерная операционная система (multicomputeroperating system) разрабатывается для гомогенных мультикомпьютеров.

 Существует большое  сходство между мультимашинной организацией и архитектурой слабо связанных мультипроцессоров; в обоих структурах процессоры связаны через канал связи, а не через общую память. Различия заключаются в следующем: 1)в случае распределенных систем (мультимашинная архитектура) связь между процессорами осуществляется относительно медленно (сеть), а системы независимы; 2)в случае параллельных систем (мультипроцессорная архитектура) связь осуществляется быстро (шина), а системы относительно сильно связаны между собой.

 Распределенные операционные  системы, такие как Mach и Chorus могут применяться и при мультимашинной, и при мультипроцессорной организации.

Распределенные системы  традиционно делятся на следующие  категории:

1)периферийные системы,  представляющие собой группы  машин, отличающихся ярковыраженной общностью и связанных с одной (обычно более крупной) машиной. Периферийные процессоры делят свою нагрузку с центральным процессором и переадресовывают ему все обращения к операционной системе. Цель периферийной системы состоит в увеличении общей производительности сети и в предоставлении возможности выделения процессора одному процессу в операционной среде UNIX. Система запускается как отдельный модуль; в отличие от других моделей распределенных систем, периферийные системы не обладают реальной автономией, за исключением случаев, связанных с диспетчеризацией процессов и распределением локальной памяти.

2)распределенные системы  типа "Newcastle", позволяющие осуществлять дистанционную связь по именам удаленных файлов в библиотеке. Удаленные файлы имеют спецификацию (составное имя), которая в указании пути поиска содержит специальные символы или дополнительную компоненту имени, предшествующую корню файловой системы. Реализация этого метода не предполагает внесения изменений в ядро системы, вследствие этого он более прост, чем другие методы, рассматриваемые в этой главе, но менее гибок.

3)абсолютно "прозрачные" распределенные системы, в которых  для обращения к файлам, расположенным  на других машинах, достаточно  указания их стандартных составных  имен; распознавание этих файлов  как удаленных входит в обязанности  ядра. Маршруты поиска файлов, указанные  в их составных именах, пересекают  машинные границы в точках  монтирования, сколько бы таких  точек ни было сформировано  при монтировании файловых систем  на дисках.

Распределенная организация  операционной системы позволяет  упростить работу пользователей  в сетевых средах. В распределенной операционной системе реализованы  механизмы, которые дают возможность  пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного  компьютера. Характерными признаками распределенной организации операционной системы являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

 

 

 

2. GLOBE

Проект Globe посвящен созданию крупных распределенных систем с помощью разделяемых объектов и связанных с ними методов. Разработчики могут генерировать приложения с использованием программного обеспечения промежуточного слоя, а не создавать сетевые программы непосредственно на базе транспортного уровня, как это происходит сейчас.

Активные копии объектов, которые взаимодействуют на одноранговой основе, будут доступны одновременно на всех машинах в распределенной системе, и все пользователи смогут вызывать методы объектов. Подход, основанный на концепции Р2Р, позволит системам работать без централизованного хранилища объектов, что дает возможность сократить сетевой трафик и избежать ошибок, связанных с недоступностью хранилища.

Globe расширяет функциональность распределенных систем и увеличивает скорость за счет выполнения таких операций, как возвращение информационного наполнения Web-страницы, получение сообщения электронной почты, предоставление доступа к файлу или поиск имени ресурсов в каталоге.

Объекты Globe состоят из пяти компонентов: подобъект управления, контролирующий клиентские запросы; подобъект связи, который поддерживает взаимодействие между объектами; подобъект тиражирования, управляющий связью тиражированных объектов; подобъект защиты, который контролирует права доступа и наличие объектов; подобъект семантики, реализующий действия объектов.

Разработчик будет создавать  подобъект семантики. Другие подобъекты будут либо браться из библиотеки, либо генерироваться во время компиляции в соответствии с требованиями объекта.

Самое главное отличие  между объектами Globe и другими объектами состоит в том, что Globe предлагает поддержку объектов, которые физически распределены по разным машинам. Таким образом, состояние объекта может тиражироваться и распределяться между множеством серверов объектов.

В отличие от других типов  распределенных объектов, каждый объект Globe управляет тем, как его состояние тиражируется, переносится и иным образом распространяется между машинами. Другими словами, объектам Globe не придется использовать для выполнения этих функций другое приложение или брокер объектных запросов. Таким образом, единая модель объектов Globe может предоставить универсальный метод для тиражирования, доставки информации и предоставления услуг, вне зависимости от базовой платформы. Поскольку Globe предоставляют распределенные службы, то возможно они могут заменить многочисленные современные подходы и стандарты для Web-служб на базе XML для предоставления служб по Internet.

Большинство систем с распределенной общей памятью, как и системы  Linda и Orea, работают в пределах одного здания или кампуса. Однако можно построить и глобальный (всемирный) мультикомпьютер с общей памятью на прикладном уровне. Например, в системе Globe объект может одновременно находиться в адресном пространстве множества процессов, выполняющихся, возможно, на разных континентах. Чтобы получить доступ к данным общего объекта, пользовательские процессы должны действовать через его методы, поэтому для разных объектов допустимы разные варианты реализации. Например, можно иметь одну копию данных, которая запрашивается по мере необходимости (это удобно для часто обновляемых данных с единственным владельцем). Другой вариант — хранить все данные в каждой копии объекта, а сообщения обновления посылать каждой копии по надежному протоколу групповой рассылки.

Амбициозная цель системы Globe — достичь масштаба миллиарда пользователей и триллиона объектов (возможно, мобильных). Ключевыми задачами являются размещение объектов, управление ими, а также расширение системы. Globe решает эти задачи, поддерживая лишь общую структуру, в которой каждый объект может иметь собственные стратегии репликации, защиты и т. д. Это позволяет избежать многих проблем других систем, для программирования остается только механизм использования общей памяти.

Среди других крупномасштабных распределенных систем можно назвать  Globus и Legion, но они, в отличие от Globe, не поддерживают иллюзию существования общей памяти.

Цель создания параллельного  компьютера — добиться, чтобы он работал быстрее, чем однопроцессорная машина. Если эта цель не достигнута, никакого смысла в разработке параллельного  компьютера нет. Более того, эта цель должна быть достигнута при минимальных  затратах. Машина, которая работает в два раза быстрее, чем однопроцессорная, но стоит в 50 раз дороже последней, вряд ли будет пользоваться спросом. В этом подразделе мы рассмотрим некоторые  аспекты производительности параллельных компьютерных архитектур.

Совокупность приемов  наименования и записи чисел называется счислением. Под системой счисления  понимается способ представления любого числа с помощью ограниченного  алфавита символов, называемых цифрами.